Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
Une expérience pilote((Lire le détail sur : https://dial.uclouvain.be/pr/boreal/fr/object/boreal%3A275611/datastreams)) de dispositifs de chauffage de proximité s’est tenue dans bureaux de la faculté LOCI et de l’institut LAB de l’UCLouvain, en décembre et janvier 2023. L’objectif est de démontrer qu’il est possible de maintenir la satisfaction des occupants tout en abaissant les températures intérieures des espaces de travail, grâce à l’utilisation de systèmes de correction thermique individuels. Cette expérience s’inspire bien entendu de la démarche Slowheat.
Démarche
L’expérience fait appel à des volontaires, qui reçoivent un « kit » de solutions chauffantes. En échange, ils s’engagent à chercher à moduler la température de leur bureau (a priori à la baisse) jusqu’à trouver leur point d’équilibre. Ont répondu à l’appel 34 personnes (24 femmes pour 10 hommes), certains disposant de leur propre bureau, d’autres partageant un même espace.
Le matériel suivant a été proposé aux participants:
Un chauffe-main de 115 Watt
Un dossier de chaise chauffant de 60 Watt
Un panneau chauffe pied de 85 Watt
La sélection du matériel s’est basée, principalement, sur la disponibilité, le coût, et le présence d’un moyen de contrôle dans le temps de l’apport de chaleur (auto-stop), de façon à limiter les risques de surconsommation d’énergie.
Températures d’ambiance
Des enregistreurs de température ont été placés dans les bureaux des participants. Les résultats présentés ici ne couvrent que les heures d’occupation. Dans la moitié des locaux environ, les relevés montrent une température sensiblement inférieure à la cible institutionnelle de 19°C. Dans l’autre moitié, les températures sont relativement proche de cette cible. Selon les déclarations des participants dans les locaux les plus froid, cette chute de température est bien due à leur action sur les vannes thermostatiques. Il sont plusieurs à avoir complètement coupé le chauffage. Notons cependant que les locaux adjacents, couloirs, etc… restaient chauffés, ce qui assure une apport thermique de base.
Distribution des températures intérieures entre le 1 décembre et le 20 janvier, en période d’occupation,
dans les différents bureaux des participants.
Confort thermique
Des questionnaires remplis à intervalles réguliers permettent d’avoir une idée de la satisfaction des participants. Ceux-ci montrent pendant l’expérience une perception de l’ambiance plus centrée sur la neutralité (« ni trop chaud ni trop froid ») que lors de la période de référence avant expérience.
Distribution des réponse à la question « Comment décririez-vous, au moment de remplir ce questionnaire, l’ambiance thermique à votre poste de travail ? », sur une échelle allant de -3 (très froid) à +3 (très chaud), avec un neutre à 0.
Ils montrent aussi une augmentation sensible de la satisfaction thermique pendant l’expérience.
Distribution des réponse à la question « Comment jugez-vous l’ambiance thermique à votre poste de travail ? » sur une échelle allant de 1 (très insatisfaisant) à 6 (très satisfaisant), sans possibilité de réponse neutre.
Avis sur les dispositifs de correction thermique
L’enquête révèle une disparité importante de satisfaction vis-à-vis des différents dispositifs de correction thermique distribués. Si le chauffe-main fait l’unanimité, le dossier de chaise présente un résultat plus contrasté tout en restant très majoritairement apprécié, alors que le chauffe-pied est unanimement jugé insatisfaisant.
Ce tableau résume les avantages et inconvénients de ces différentes solutions :
Dispositif
Avantage
Inconvénient
Chauffe-main
peu encombrant
Efficace
Sensation de chaleur immédiate
Chaleur ressentie au-delà des mains
Parfois jugé trop puissant ou insuffisamment modulable en température
Odeur de plastique chaud lors des premiers usages
En cas de grand froid (12°), jugé efficace pour les paumes et poignets ,mais inefficace pour le haut des main.
L’apport de chaleur sous un laptop pose question sur le bon fonctionnement de celui-ci
Dossier et assise chauffants
Puissant, rapide et efficace. « Parfait quand il fait entre 16-17,5°C »
Apport de chaleur au niveau du dos apprécié
Fil encombrant
Jugé parfois trop puissant, même en puissance minimale
Contraste trop important de ressenti entre la position assise et lorsque l’on se relève, ou entre le dos et les extrémités du corps
Apport de chaleur au niveau de l’assise pas toujours apprécié, et pose de question de santé à terme (apport de chaleur sur la zone génitale)
Chauffe-pied
Néant
Très souvent jugé non nécessaire
Peu efficace lorsqu’utilisé : trop faible sensation de chaleur
Cable au sol encombrant
Conclusions
L’expérience confirme le potentiel des systèmes de correction thermique individuels. Ceux-ci peuvent effectivement augmenter la satisfaction individuelle et, dans certains cas, garantir celle-ci dans des conditions « hors normes ». En effet, les participants sont plutôt d’accord avec les affirmations selon lesquelles :
les dispositifs de correction proposés sont en mesure de corriger une situation de départ inconfortable, et
ceux-ci permettent de réduire les températures sans perte de bien-être.
Cependant, il apparait également que pour une partie non négligeable des participants, ces dispositifs n’ont pas permis de réduire la température. Ils ont alors servi de moyen d’améliorer la satisfaction dans les ambiances telles que prévues par la régulation centralisée (entre 18 et 20°C).
Il serait donc abusif, sur base de cette seule expérience, de présenter les systèmes de correction thermique comme une panacée permettant de réduire de façon centralisée les températures cibles.
Monastère de Malmedy, siège, entre autres, de l’administration communale
Durant l’hiver 2023, face à l’augmentation du prix de l’énergie (le prix au MWh est passé de 42.63€ en 2022 à 64.44€ soit une augmentation de 52%), l’administration communale de Malmédy a fait un effort de réduction des températures intérieures. Voici leur retour d’expérience.
Cas d’étude
Le bâtiment du monastère, situé à Malmédy, est une ancienne abbaye dont la construction date du XIIIème siècle, mais donc les bâtiments actuels sont du XVIIIème. La commune l’utilise pour diverse fonctions : bureaux, salles de réception, musée,…
La commune a déjà mis en oeuvre divers travaux d’amélioration de la performance énergétique, notamment des remplacement de châssis et la fermeture du cloître par une verrière. La qualité patrimoniale du site complique cependant les interventions.
L’installation de chauffage présente des circuits séparés pour les différentes fonctions du bâtiment, avec régulation par vannes thermostatiques et alimentation par des chaudières gaz de 250 kW. Selon un audit réalisé en 2023, reprenant les factures de l’année 2021, les consommations du bâtiment sont de 114 MWh/an d’électricité et 740 MWh/an de gaz, pour un coût d’environ 24 000 et 31 000 EUR/an respectivement.
Démarche
La commune a invité le personnel à vérifier le réglage des vannes thermostatiques en visant une position « 2.5» . Celle-ci correspond normalement à une température de l’ordre de 19C°. Des affiches ont été apposées pour sensibiliser le personnel.
Aucune autre action n’a été prise au niveau de la régulation. C’est donc bien une démarche volontaire des participants, dans un contexte de crise énergétique.
Affiche apposée par la commune de Malmedy dans les locaux du monastère
Aider les plus sensibles
Pour ceux souffrant du froid, l’administration a mis à disposition des dispositifs de chauffage de proximité sous la forme de 35 sous-main chauffants, pour 65 employés. Ceux-ci ont une puissance maximale de 80W et deux positions de réglage, qui leur permettent de monter à 35 ou 60°C au choix de l’utilisateur. L’objectif est de chauffer les poignets par contact et les mains par rayonnement, car il s’agit d’une des zones les plus sensible du corps, et souvent la première à s’engourdir lors du travail de bureau en ambiance fraîche.
Exemple de sous-main chauffant
Résultats
Suite à la compagne de sensibilisation, les occupants ont réduit les températures d’environ 1°C en moyenne. Cela a permis une économie de 57.168 kWh soit une diminution de 9%. Puisque les 2 hivers sont comparables, l’abaissement de température expliquent donc cette diminution.
Au final, une économie de près de 3500 EUR par an pour la ville. Cela couvre très largement le prix d’achat (environ 15 EUR pièce) et les consommations des tapis chauffants. Celle-ci peut en effet être estimée à :
80W (au maximum)
6 heures par jour
150 jours par an
= 80*6*150 = 72 000 Wh/an, ou 72 kWh/an
un kWh électrique à environ 40 centimes d’euro,
soit une trentaine d’euros par an et par sous-main, avec des hypothèses très défavorables.
Au niveau ressenti, le responsable énergie de la commune n’a relevé aucune perte de confort :
« Il n’y a pas eu de perte de confort dû à la baisse de T°. Que du contraire, puisque les tapis sous-mains chauffant ont même augmenté le confort des personnes les plus frileuses. »
Retour d’expérience d’un projet de slowheating dans des bureaux namurois.
De quoi s’agit-il ?
Le slowheating est une stratégie de chauffage basée sur le maintien d’une température d’ambiance plus basse que les standards habituels, avec compensation par des dispositifs chauffant à l’échelle des personnes, ainsi que des changements comportementaux et organisationnels.
L’expérience rapportée ici est celle d’un bureau d’études wallon qui a mis en place une expérience de ce type durant l’hiver 2023.
Mise en place
Ce bureau dispose de différents espaces de travail de type open space et bureaux individuels, distribués dans des anciens bâtiments à la performance énergétique médiocre. L’installation de chauffage est vétuste, et constituée d’un circuit de chauffage central alimenté par une chaudière fuel, sans thermostats d’ambiance. La régulation se faisait jusque-là sur base d’une courbe de chauffe et de vannes thermostatiques. Mais la régulation de la chaufferie est défectueuse et les vannes thermostatiques peu précises. On est donc en pratique dans une situation de chauffage permanent avec un réglage de la température ambiante difficile et dépendant des conditions météo.
A l’initiative du personnel, un séminaire interne à l’entreprise a été animé avant l’hiver par un expert en slowheating : l’occasion de présenter le concept et d’échanger sur la pertinence de sa mise en place dans le bureau. Suite à quoi un groupe de travail interne s’est mis en place pour préparer l’expérience.
Plusieurs options ont été explorées, pour finalement aboutir à une décision de réduction de la température d’ambiance dans deux des trois espaces open space. Cela implique environ la moitié de l’équipe la plus motivée a priori par la démarche. Cette première expérience a eu lieu en février 2023. La chute de température a été obtenue en fermant les vannes des radiateurs des locaux concernés. Sans contrôle donc sur la température résultante, qui en pratique était de l’ordre de 16 à 17°C le matin. Peu d’élévation de température en cours de journée est signalé, notamment du fait d’une ventilation « à l’ancienne » par ouverture de fenêtre.
A titre de compensation, du matériel chauffant a été mis à disposition, en « libre-service ». Chaque travailleur ne disposait pas de matériel attribué, faute de connaissance en amont de quels dispositifs pourraient satisfaire les employés. La direction a dès lors investi dans quelques sous-mains chauffants, des panneaux radiants, des dossiers de chaise chauffants et des plaids chauffants. Ce matériel n’est cependant arrivé que tardivement, et après le début de l’expérience. Dans un premier temps, les employés ont donc « fait avec », et joué sur leur habillement principalement. Une mobilité entre bureaux était possible, mais n’a pas été exploitée par les travailleurs.
En fin d’hiver, la décision a été prise de couper complètement le chauffage, vu le redoux. Peut-être un peu trop hâtivement, car un WE froid et venteux a entraîné des températures de l’ordre de 14°C un lundi matin, dans l’ensemble des open-spaces, … sans que du matériel chauffant complémentaire n’ait été prévu.
Retours d’expérience des membres du personnel
Les retours des participants sont divers. Si certains ont globalement apprécié la démarche, d’autres étaient beaucoup plus critiques. Puisque l’on apprend surtout de nos erreurs, concentrons-nous sur les difficultés rencontrées :
Certains expriment une frustration quant à l’absence de matériel chauffant en suffisance, en particulier lors de l’élargissement de la coupure de chauffage. Cette frustration est multipliée par le fait que les personnes touchées à ce moment-là n’étaient pas volontaires au départ.
Certains ont exprimé des critiques sur le matériel mis à disposition. Les sous-mains chauffants auraient dans un cas déformé un clavier plat posé dessus. Les panneaux radiants posés sur le bureau entravent la vue et la communication entre collègues, sans régler l’inconfort au niveau des pieds. Etc.
Certains expriment plus généralement une difficulté d’adhésion à l’idée d’un inconfort sur son poste de travail : « On vient pour bosser. Si en plus il fait froid… »
Certains expriment un dilemme émotionnel. D’une part leur conscience environnementale les mène rationnellement à comprendre la démarche. D’autre part, l’expérience physique d’inconfort est difficile à assumer. « Je n’osais pas me plaindre ».
Le fait qu’un espace de convivialité tel que le local de pause et de lunch ait également été froid a aussi été pointé comme une difficulté : « on n’a même pas envie de rester à la machine à café car on ne s’y réchauffe pas ».
Enfin, l’installation de chauffage ne permettant pas de mesurer un bénéfice environnemental a été pointé comme un défaut. Pour certains, il est nécessaire de voir « le bénéfice de l’effort » pour maintenir de la motivation. Notons cependant qu’aucune gratification du personnel n’était associée à des économies d’énergie… On parle donc ici uniquement de motivation environnementale.
Quelques autres retours intéressants :
Entrer dans cette démarche a rendu certains hyper critiques envers le fonctionnement thermique d’autres espaces. Par exemple, des WC chauffés plus que les bureaux a interpellé sur le sens des priorités.
Au-delà des avantages et inconvénients des différents dispositifs chauffants (à ce stade jugés globalement trop peu durables), la clef du confort semble se situer dans l’habillement. Une fois celui-ci adapté à des températures fraiches, seul le confort des mains et des pieds peut être problématique. Cependant, les différences de températures fortes entre locaux peuvent poser problème si l’on est « trop habillé ».
Le fait d’être habillé chaudement est perçu par certains comme une gêne pour des tâches de bureau. D’autres évoquent également le fait qu’il est aussi plus difficile d’être coquet lorsqu’on est emmitouflé sous des couches épaisses.
Il a été perçu comme non acceptable de diminuer la température dans les salles de réunion, vu que celles-ci accueillent des externes pas au courant ni sensibilisé à la démarche (et du coup pas habillé en conséquence)
Certains des convaincus mentionnaient, malgré leur adhésion, une forme de fatigue au fil du temps.
« Si on a froid en arrivant, c’est foutu, on n’arrive pas à se réchauffer » … d’où l’intérêt d’un bon équipement également pour l’extérieur, notamment par temps pluvieux. Certains ont relevés qu’il fallait s’habiller plus chaudement pour du travail de bureau à l’intérieur que pour circuler à l’extérieur. Cela est à l’opposé de nos habitudes et perturbe.
Les courants d’air froids et la température de surface des parois impactent sensiblement le confort, or ceci n’est pas mesuré par les thermomètres ni les vannes thermostatiques. Il n’est pas facile au début d’identifier la source de son inconfort, et donc les solutions pour l’améliorer. Essayer trop brusquement de descendre la température ambiante risque dès lors de tuer la démarche Slowheat dans l’œuf.
Enseignements
De l’expérience de ce bureau, nous pouvons tirer quelques enseignements. A garder à l’esprit pour de futures expériences :
Assurer de l’adhésion en amont, ce qui implique des explications, une préparation, un temps d’expérimentation et un réel espace de discussion sur les modalités concrètes. Le sentiment d’une démarche imposée ou insuffisamment préparée (manque de matériel par exemple) pèse lourdement dans le résultat mitigé de cette expérience.
Assurer de la cohérence : Pour être accepté, le slowheating doit s’inscrire dans une démarche cohérente de bonne gestion énergétique. Sans cela, l’engagement du personnel sera difficile à assurer.
Donner de la flexibilité : Un changement des conditions de travail tel que visé ici devrait probablement aller de pair avec une réflexion plus large sur l’organisation des espaces de travail. On peut regrouper les personnes partageant des sensibilités proches. Ou rassembler les personnes aux horaires semblables pour justifiant des moments de remontées en température. En tous les cas, la tendance à aller vers des grands open-spaces et bureaux partagés ne facilite pas le slowheating. Et quand bien même cette flexibité serait-elle présente (c’est le cas ici), elle n’est pas si facile à mettre en œuvre en pratique. Certains sont attachés à leur poste de travail ou sont contraints par le matériel au vu des tâches qu’ils font.
Individualiser les dispositifs de compensation : Le partage d’équipements chauffants semblait ici problématique pour trois raisons. Premièrement, ce qui s’assimile à des vêtements (plaids,…) pose des questions d’hygiène. Deuxièmement, certains dispositifs sont encombrants et donc peu mobiles. Troisièmement, l’organisation du partage n’est pas évidente (premier arrivé = premier servi ?). Faut-il dès lors aller vers la distribution de bons d’achat plutôt que de matériel ? Ou l’organisation par l’employeur d’un achat groupé mais dans lequel chacun peut, après expérience sur du matériel de démonstration, sélectionner les dispositifs qui lui conviennent ?
Conclusion : Chi va piano va sano e va lontano ?
Avec notre regard extérieur, il nous semble que l’expérience partagée ici était peut-être trop ambitieuse. une réduction trop forte des températures intérieures, trop rapidement ?
Pourquoi cette impression ? parce que beaucoup des personnes interrogées parlent d’un effort à faire, de motivation à entretenir, … Or, l’idée du slowheating est de changer de mode de fonctionnement pour trouver un nouvel équilibre. Si tout changement est un effort, la situation d’arrivée ne devrait pas en être un, faute de quoi la poursuite dans la durée sera difficile.
Dans ce cas-ci, la faible flexibilité de gestion de l’installation de chauffage au départ est en partie responsable. Ne pas pouvoir gérer l’installation de chauffage pour disposer de la température souhaitée n’aide évidemment pas à garder le contrôle. Or, la capacité à choisir la température d’ambiance et à se réchauffer lorsque besoin est un élément clé de toute démarche de slowheating. Comme le disait un des employés :
« Nous avons plus fait une expérience de résistance au froid qu’une expérience de slowheating ».
L’objectif des protections solaires est de maintenir un environnement intérieur confortable et sain en évitant l’éblouissement et la surchauffe. Il existe sur le marché différents systèmes d’ombrage, qui permettent de réguler la quantité de lumière solaire entrant dans une pièce et réduire le rayonnement solaire.
Afin de réduire la surchauffe du bâtiment, il existe principalement 2 systèmes, les protections solaires parallèles qui ont pour objectif de réduire les gains de chaleur solaire et l’éblouissement tout en préservant la lumière naturelle ou les protections solaires perpendiculaires fixe ou mobile, qui sont généralement plus efficaces, mais qui modifie de manière plus marquée l’esthétique de la façade.
Des systèmes automatisés
Les systèmes automatisés de protections solaires utilisent des capteurs de luminosité pour détecter la quantité de lumière du soleil et ajuster la position des dispositifs de protection solaire en conséquence. Cette fonction peut être contrôlée par une télécommande ou une application smartphone, et certains peuvent être programmés pour ajuster leur position en fonction de l’heure de la journée ou de la saison.
Ce système automatisé a été mis en place dans l’un des bâtiments de l’école des Verlaine. Vous pouvez le découvrir en parcourant la vidéo consacrée à l’école de Verlaine :
Le trio gagnant: isolation + étanchité + ventilation
« Si par le passé, on se fiait aux fuites d’air pour assurer la ventilation des petits bâtiments, le perfectionnement des méthodes de construction, telle la pose de fenêtres plus tanches, de pare-vapeur continus, ainsi qu’un plus grand souci du détail, ont augmenté l’étanchéité à l’air des bâtiments. Les fuites d’air ne constituent donc plus une source de ventilation suffisante pour répondre aux besoins de ventilation, dans le cas des bâtiments récent et/ou rénovés. »
Jean-Marie Hauglustaine et Francy Simon, « La ventilation et l’énergie – guide pour les architectes », P.11
Dans cette logique d’étanchéisation des bâtiments qui permet un meilleur contrôle du climat intérieur, la ventilation fait partie d’un trio indissociable :
Le trio gagnant :
Isolation thermique ;
Etanchéité à l’air ;
Ventilation contrôlée.
+
Favoriser les apports solaires gratuits tout en évitant la surchauffe.
La qualité de l’enveloppe
La meilleure énergie est celle que l’on utilise pas. Au plus l’enveloppe est performante, au plus les besoins en énergie sont réduits.
Et la PEB ? En cas de rénovation d’une PEN…
La réglementation PEB prévoit des exigences de ventilation pour tous types d’unités PEB quelle que soit la destination (résidentielle ou non-résidentielle) et la nature des travaux applicables.
DESTINATION
NATURE DES TRAVAUX
REFERENCE REGLEMENTAIRE
Neuf et assimilé
Changement de destination
Rénovation simple
Rénovation importante
Mise en place d’un système de ventilation complet soit :
Alimentation et évacuation naturelle ;
Alimentation et mécanique ;
Alimentation naturelle, évacuation mécanique ;
Alimentation et évacuation mécanique.
Les dispositifs de ventilation installés doivent permettre d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non.
NB : Dans les espaces destinés à l’occupation humaine, les débits d’alimentation doivent obligatoirement être réalisés avec de l’air neuf. Par contre, dans les locaux non destinés à l’occupation humaine, il est permis d’alimenter en air transféré sous certaines conditions.
Pour les locaux existants où des châssis de fenêtres ou de portes extérieurs sont placés ou remplacés, seules les exigences de ventilation relatives aux amenées d’air sont applicables.
Pour les locaux situés en extension, mise en place de dispositifs de ventilation permettant d’assurer les débits requis tant en alimentation qu’en évacuation et ce, dans tous les espaces, qu’ils soient destinés à l’occupation humaine ou non.
NB : Il est permis de faire mieux que la réglementation en prévoyant un système de ventilation complet.
Annexe C3* – VHN de l’arrêté qui fait référence, notamment, à la norme NBN EN 13779 : 2004.
Pour les dispositifs de ventilation des immeubles non résidentiels destins à l’usage humain – tels que les écoles – la classification de base de la qualité de l’air intérieure est reprise dans le tableau ci-dessous :
CATEGORIE
DESCRIPTION
CLASSIFICATION PAR LE NIVEAU E CO2
Niveau de co2 au-dessus du niveau de l’air fourni en [ppm]
VALEUR PAR DEFAUT
INT 1
Qualité d’air intérieur excellente
< 400
350
INT 2
Qualité d’air intérieur moyenne
400 – 600
500
INT 3
Qualité d’air intérieur modérée
600 – 1 000
800
INT 4
Qualité d’air intérieur basse
> 1 000
1 200
Lors du dimensionnement des systèmes de ventilation, le débit de conception ne peut pas âtre inférieur au débit minimal correspondant à la catégorie d’air INT3, qui correspond à 75 à 80 % de personnes satisfaites par la qualité de l’air.
Un aspect essentiel d’une installation de ventilation est la détermination du taux de renouvellement d’air ventilé. Pour maximiser les économies d’énergie, il faut réduire autant que possible le taux de renouvellement d’air durant la période de chauffe et, en été, utiliser le refroidissement de nuit, par une surventilation du bâtiment. La ventilation doit néanmoins rester suffisante afin d’empêcher l’accumulation d’agents contaminants dans l’air intérieur et de permettre aux occupants de respirer, de façon à assurer la bonne santé des occupants.
Système C
Amenée d’air naturelle
Extraction d’air naturelle
Apport d’air mécanisé
Extraction d’air naturel
Amenée d’air naturelle
Extraction mécanisée
Amenée d’air mécanisé
Extraction mécanisée
(+ échangeur de chaleur)
Dimensionnement
L’apport d’air neuf extérieur se fait dans ce cas-ci par une série répétée d’ouvertures d’amenée d’air réglables (AOR) sur châssis avec un débit de 100 m³/h/m sous 20 Pa
Etant donné que la façade se déploie sur plus de 70 m de long et que l’ensemble de la toiture est percée en continu sur toute sa longueur et sur ses deux côtés pour accueillir un ensemble de baies vitrées afin de faire pénétrer la lumière sous les toits du bâtiment, il y a un potentiel théorique de débit nominal de 70 m X 100 m³ / h /m, soit 7 000 m³.
Source = auteur de projet
L’aérateur de fenêtre auto-réglable à rupture thermique est un profil en aluminium doté d’une série de perforations de 2,9 X 20,3 mm de manière à servir de moustiquaire anti-insectes. Le profil perforé est totalement amovible, ce qui permet à l’aérateur d’être nettoyé complètement à la brosse ou à l’aspirateur.
Le profilé perforé constitue une faiblesse au niveau de la performance thermique du châssis. En effet, la valeur U du profil est de 3,0 W/m²K. Cette pièce d’aération a une hauteur de 92 mm. Cette faiblesse thermique engendrée par le profilé doit être au maximum compensée par les performances thermiques du reste du vitrage afin que l’ensemble du châssis (système d’aération compris) rencontre la performance demandée. Mais il ne faut également pas perdre de vue que que l’air entrant par ces grilles, ayant la même température que l’air extérieur, engendre des déperditions thermique dont il y a lieu de tenir compte. En période de chauffe, ce type de ventilation génère un apport d’air « froid » qui demande à être compensé au plus proche de ces pertes. Ce système, par ricochet, pèse sur le calcul global de la consommation énergétique du bâtiment étant donné que ces pertes occasionées par l’amenée d’air non pré-chauffé doivent être compensées ; ce qui n’est pas le cas dans avec un système de ventilation mécanique double flux avec récupération de chaleur. Dans chaque nouveau projet, une réflexion calculée sur les gains et les pertes permet d’étayer le choix vers tel ou tel système.
Comme le prévoit le cahier des charges, l’aérateur de fenêtre est de type autoréglable à rupture thermique et est prévu pour un montage sur vitrage.
Rupture thermique : Un profil porteur en plastique de haute qualité fait office de rupture thermique.
Autorégulation : pour éviter les courants d’air, un clapet autoréglable (exempt d’entretien) est appliqué dans le clapet de fermeture, ce qui rend l’aérateur autoréglable. Ce clapet réagit automatiquement aux différences de pression/à la force du vent et ne peut pas être manipulé par l’utilisateur.
Groupes de ventilation
Caisson extraction insonorisé de 470 m³/h.
Groupe de ventilation dans Aile A
Groupe de 1 845 m³/h avec sonde CO2 anti retour.
Ce groupe gère la ventilation de 3 classes (dont une grande classe de 140 m²).
Groupe de ventilation dans Aile B
Groupe de 1 405 m³/h avec sonde CO2 anti retour.
Ce groupe gère la ventilation (au niveau de l’extraction) de 3 classes et d’un 4ième local.
Un caisson d’extraction insonorisé réglable (0 -10 V)
Ce groupe est dédié à la nouvelle salle des professeurs. Son système 0-10 V permet de réguler manuellement l’extraction de l’air en fonction de la situation (variations météorologiques et/ou du taux d’occupation).
Comme le groupe est asservi à une sonde CO2 (en sortie), le système ne va tirer le dbit d’air nominal mais va s’adapter selon le taux de CO2. Il est préférable d’avoir une sonde CO2 pour chaque classe mais comme le groupe de ventilation est dédié à des locaux ayant la même affectation, il y a tout de même une logique cohérente au niveau de l’occupation des locaux.
La reprise d’air se fait au sein même du local via un réseau de gaines apparentes. Les flexibles jouent le rôle de silencieux.
Il y a une régulation temporelle plus un potentiomètre réglable manuellement qui permet la possibilité d’augmenté le débit en fonction de l’occupation.
L’institut Sainte-Marie de Jambes se dresse sur les hauteurs de Jambes au sein d’un vaste site de 2,6 ha. La première pierre fut posée en 1928. Hébergeant une centaine d’élèves, tous internes, à ses débuts ; l’école comptabilise aujourd’hui 1 500 élèves (dont 70 internes) et x enseignants (à compléter). Tout au long de ce siècle d’existence, se sont agrégés autour de cet imposant bâtiment principal diverses extensions suivant l’évolution de la population scolaire et du développement de son projet éducatif.
En 1961, la moitié des greniers situés sous la toiture de ce bâtiment principal est transformée en logements (chambrettes) pour les internes, ce qui a permis de récupérer la place qu’occupaient jusqu’alors les dortoirs pour ouvrir de nouvelles classes. Mais en 19 ??, l’internat a fait l’objet d’une nouvelle construction sur le site au sein d’un bâtiment autonome. Actuellement, La rénovation des 1 600 m² de toiture du bâtiment principal s’inscrivent dans la volonté de l’école de récupérer la surface de ce dernier étage sous la toiture qui a longtemps abrité l’internat afin d’y aménager de nouvelles classes en remplacement des (nombres ?) classes-containers temporairement installées sur une partie verdurisée du site.
Après travaux, les élèves ayant cours dans les containers rejoindront le nouvel étage aménagé en classes au dernier étage du bâtiment principal et les containers seront supprimé au profit de tout un espace vert qui regagnera du terrain.
Subventionnement
PPT / Plan Prioritaire de travaux
Pour les travaux, l’école bénéficie d’une subvention PPT. Le PPT correspond à un fonds subsidiant structurel en FWB. Pour un établissement secondaire, le taux d’intervention correspond à 60 % de l’investissement sur base du montant des offres. Le montant de l’investissement doit s’inscrire dans une enveloppe qui est plafonnée. Afin de bénéficier de ces subsides, l’école a décidé de limiter les travaux entrepris à cette enveloppe budgétaire plafonnée. Ce plafond est donc une contrainte supplémentaire à intégrer aux nombreux paramètres avec lesquels l’école doit jongler lorsqu’elle planifie des travaux de rénovation. Dans l’idée d’adopter une vision plus globale de l’ensemble des travaux de rénovation à entreprendre, le futur fonds structurel pour les bâtiments scolaires annonce une levée de cette contrainte en supprimant le plafond du montant de l’investissement. Le PPT ne fixe pas de performances à atteindre ; c’est donc les réglementations classiques en vigueur qui sont d’application. Au niveau énergétique, il s’agit donc de satisfaire les normes régionales PEB en vigueur et/ou les normes liée à une subvention complémentaire comme le permet le programme UREBA classique.
UREBA (classique)
Ces travaux sont également subsidiés par la Région Wallonne via le programme UREBA classique qui peut se cumuler avec le PPT et qui prend en charge un pourcentage (30 ou 35 %) de la partie non subsidiée pour les postes éligibles dont l’isolation thermique de l’enveloppe du bâtiment fait partie. Le programme UREBA classique est accessible en continu (à la différence des UREBA exceptionnels) et vise à soutenir certains organismes qui veulent réduire la consommation énergétique de leurs bâtiments affectés à une mission de service public ou non commerciale. Les écoles sont éligibles à ce programme de subventionnement. Les exigences en termes de performances énergétiques à atteindre sont consultables via le lien ci-dessous et pour l’isolation thermique des parois, les exigences et performances à atteindre sont consultables ici et, dans le cas de l’isolation thermique des parois, elles correspondent à celles de la PEB.
Annuellement, en plus de l’UREBA CLASSIQUE, des appels à projets UREBA EXCEPTIONNELS sont lancés via des appels à projets ponctuels qui octroient des subsides plus importants.
Au moment de la rédaction de cet article, un appel à projet UREBA EXCEPTIONNEL 2022 est en cours et le détail du présent appel à projet est consultable via le lien ci-dessus.
Travaux de rénovation énergétiques entrepris
Les travaux de rénovation consistent à renouveler la toiture (nouveau recouvrement), à isoler entièrement ses pans et à récupérer tout une partie de l’espace du grenier pour créer sept nouvelles classes afin que les classes actuelles installées dans des containers puissent rejoindre le bâtiment principal. L’éviction des containers permettra de regagner de l’espace vert dans la partie « parc » du site.
Le bâtiment principal est composé de 5 étages et n’est que très faiblement mitoyen sur ses deux pignons latéraux. Ce bâtiment n’est pas du tout isolé.
Entre-autres pour des raisons économiques, l’école a fait le choix de phaser les travaux d’isolation de l’enveloppe du bâtiment en commençant par l’amélioration de l’enveloppe au niveau de la toiture qui, sur ce bâtiment, totalise 1 600 m². Dans cette optique de phasage, il est donc important d’éviter les effets de verrouillage et d’anticiper les futurs travaux ultérieurs liés notamment à l’isolation des façades, notamment au travers de la continuité de l’isolation.
Situations existante et projetée
Le bâtiment principal est composé de 5 étages et n’est que très faiblement mitoyen sur ses deux pignons latéraux. Ce bâtiment n’est pas du tout isolé. Un audit énergétique préalable a été réalisé en amont de ces travaux. Voici quelques données phares extraites de cet audit. (avant travaux)
K
89
Ce coefficient K qui reflète la qualité thermique moyenne du bâtiment est atténué par l’effet de volume qui favorise les grands bâtiments
CEP
135 kWh/(m².an)
Cette consommation spécifique est calculée par l’auditeur Elle concerne le bâtiment principal ainsi que le bâtiment annexe (salle fortement vitrée), soit plus que la zone touchée par les travaux. Le certificat PEB indique un CEP de 203 kWh/(m2.an), mais pour un périmètre encore plus étendu couvrant l’ensemble de l’institution.
La ville de Namur, par le biais du « NID [Namur Intelligente et Durable] » a réalisé une thermographie aérienne de l’ensemble de la ville de Namur. Un avion équipé d’un scanner infrarouge a survolé la commune pendant les nuits du 16 au 17 et du 23 au 24 février 2018. Pour que les données soient correctes, plusieurs conditions devaient être respectées (bonne visibilité, ciel dégagé, humidité de 80 %, températures entre -5°C et -3°, vent de +/- 4 à 7 km/h, altitude de vol : 1 200 m (résolution de l’acquisition des données : 50 cm au sol). On peut y observer « le flux radiatif » émis par les toitures survolées. Grâce à ces flux radiatifs, il est possible, dans certaines conditions, d’estimer l’importance des déperditions thermiques des toitures. La thermographie donne donc une indication de l’état de l’isolation des toitures. En effet, les données collectées ont permis de calculer un indice de déperdition pour chaque bâtiment. Afin d’étalonner les données, 120 Citoyens se sont portés volontaires pour tester leur bâtiment en tant que « témoin » et afin de constituer un échantillon représentatif de référence. Les toitures ont ensuite été classées en 256 niveaux selon leur émission moyenne. Il ne s’agit donc pas de température.
Plus les toitures émettent de la chaleur, plus elles se rapprochent des tonalités rouges. Une clé d’interprétation des résultats est disponible pour déterminer la classe d’émission selon l’échelle suivante :
Dans le cas de l’Institut Sainte-Marie de Jambes, il apparaît au premier coup d’œil – et nous l’avons vérifié – que la toiture de l’édifice principal du site n’est pas isolée contrairement à celles des bâtiments connexes qui se sont ajoutés au fil du temps. Le choix d’isoler la toiture du bâtiment majeur de cette école secondaire n’en est pas un, c’est une nécessité en regard du contexte énergétique et des objectifs de décarbonation attendus dans les prochaines décennies. En effet, un haut niveau d’isolation et d’étanchéité à l’air permettent de diminuer les besoins en énergie. Dans un bâtiment non isolé, la toiture représente une part importante des déperditions, estimées de l’ordre de 25 % des pertes totale. Donc agir sur l’amélioration de l’enveloppe par le biais d’une intervention au niveau des toitures est une priorité haute !
Le volume chauffé totalise presque 36 000 m³ (bâtiment principal + bâtiment vitré). D’après les données dece bâtiment audité et suivants les recommandations émises par cet audit énergétique, le niveau global d’isolation thermique (K) serait sensiblement amélioré et passerait d’un K 89 à un K 24, ce qui engendrerait une baisse significative de la consommation.La consommation d’énergie spécifique qui est actuellement évaluée à 135 kWh/m².an descendrait à 56 kWh/m²/an (=situation projetée).
NIVEAU K NIVEAU GLOBAL D’ISOLATION THERMIQUE
ACTUEL
89
ENVELOPPE
-65
CHAUFFAGE
0
RENO TOTAL
-65
FINAL
24
Cet indicateur projeté concerne évidemment une mise en œuvre de l’ensemble des recommandations. Cette consommation spécifique envisagée (56 kWh/m².an) s’aligne avec les chiffres annoncés par « La stratégie wallonne de rénovation énergétique ». Pour rappel, Cette « STRAT RENO » à long terme du bâtiment est un maillon clé des politiques de réduction des émissions de GES, dans laquelle la Wallonie s’est engagée en visant « la neutralité carbone au plus tard en 2050, avec une étape intermédiaire de réduction des émissions de gaz à effet de serre (GES) de 55 % par rapport à 1990 d’ici 2030 ». Plus précisément, les objectifs de la stratégie de rénovation énergétique du parc de bâtiments wallon, en lien avec les propositions formulées dans la Déclaration de Politique Régionale 2019-2024, sont, pour le tertiaire : tendre en 2040 vers un parc de bâtiments tertiaires efficace en énergie avec une cible de 80 kWhef/m²an définie pour leur consommation d’énergie finale, tous usages confondus. A cette efficacité énergétique s’ajoute une neutralité carbone pour le chauffage, la production d’eau chaude sanitaire, le refroidissement et l’éclairage. C’est-à-dire présentant un bilan énergétique annuel nul avec un besoin d’énergie assuré par une production d’énergie de sources renouvelables.
Les travaux entrepris visent une amélioration de l’enveloppe du bâtiment par la rénovation de la toiture – qui à cette occasion sera isolée – et la réaffectation du grenier en nouvelles classes.
Photo de gauche : charpente d’origine et poutrelles d’origine en béton
Photo du milieu : versants de toitures d’origine en dalles de béton armées
Photo de droite : carotage en recherche avant travaux.
Ni la toiture, ni le plafond sous le grenier ne sont isolés. Les travaux entrepris visent à complètement isoler par l’extérieur les pans de cette toiture à versants et à aménager de nouvelles classes dans le grenier existant. La toiture sera modifiée par le percement d’ouvertures afin de réaliser un « bandeau lumineux » continu faisant pénétrer la lumière du jour dans les nouvelles classes aménagées.
Postisolation d’une toiture à versants
Isolation des versants ou via le plancher des combles ?
Emplacement de l’isolation dans des combles non habités (1) ou habités (2 et 3)
Voir NIT 251 Buidwise
L’emplacement de l’isolation dans une toiture à versants dépend de la destination des locaux sous-jacents. S’ils sont destinés à être habités, il y a lieu de placer l’isolation dans le plan de la toiture. Dans le cas contraire, il sera plus opportun de disposer l’isolation dans le plancher du grenier. Ce second choix permet de réduire les dimensions du volume protégé (ce qui aura généralement pour conséquence d’augmenter la compacité du bâtiment) et de limiter la surface de déperdition. NIT 251 Buildwise (CSTC)
Ici, l’école a fait le choix d’isoler les versants de la toiture malgré qu’une partie du volume ne soit pas « habité ». Ce choix a été fait pour éviter les effets de verrouillage, dans une perspective de futurs aménagements possibles dans ce volume.
En isolant les pans de cette toiture à versants, un grand volume allant jusqu’à 6m de hauteur (au niveau du faîtage) est isolé. Ce grand volume est restructuré à l’aide de plafonds suspendus acoustiques créant des volumes intérieurs développant une hauteur sous-plafond proche des 3m (de 2,70 m à 3m). De futurs travaux ultérieurs d’aménagement seront nécessaires pour investir cet espace encore disponible sous le faîtage. D’autres cas d’étude (mettre lien vers Sart d’Avette Flémalle + La Gaminerie à Lessines) mettent en évidence une alternative à l’isolation des pans de toiture par une isolation via le plancher des combles.
Par au-dessus, par en-dessous ou entre les chevrons ?
Que les combles soient occupés ou non, l’isolation peut être posée au-dessus, en dessous ou entre les éléments de la charpente ou du plancher des combles. Ces trois positions de base peuvent, en fonction de la réalité de terrain, se combiner.
Des tuiles plates rectangulaires (4,5 cm X 3 cm) sont utilisées pour le recouvrement de la toiture.
1 640 m² sont recouverts de cette façon et 80 tuiles spéciales (ventilation) sont réparties sur l’ensemble de la toiture.
Les lattes (ou liteaux) constituent le support des tuiles. Les contre-lattes sont destinées à créer un espace entre les lattes et la sous-toiture afin de permettre ainsi l’écoulement occasionnel d’eau. Elles limitent également le risque de dégradation de la sous-toiture lors des travaux et facilitent le séchage du matériau de couverture. Le bois de ce lattage et contre-lattage a subi un traitement de préservation insecticide et fongicide.
L’étanchéisation aux matières liquides de cette toiture à versants est assurée par la sous-toiture qui doit évidemment être étanche à l’eau et résistante à l’humidité. Jusqu’alors, il n’y a jamais eu de sous-toiture comme on peut le voir sur les photos présentant la situation existante avant travaux.
Cette sous-toiture est bien visible sur la photo : membrane souple de polypropylène nervurée de 0.2 mm d’épaisseur présentant une faible résistance à la diffusion des vapeurs d’eau. Valeur Sd : +/- 0.05 m. Sa bonne perméabilité à la vapeur d’eau permet ainsi à l’humidité – qui serait malgré tout parvenue à pénétrer l’isolation de continuer à s’échapper par le toit. Les différents lés de cette membrane se chevauchent en assurant l’herméticité des joints.
L’étanchéité de la plateforme de toiture plate (à l’endroit du « bandeau lumineux » = bandeau continu de lucarnes) est assurée par un revêtement d’étanchéité monocouche constitué d’un matériau à base de hauts polymères, il s’agit d’une membrane d’étanchéité EPDM non armée, de teinte noire, résistant obligatoirement aux UV. Ce revêtement d’étanchéité synthétique est collé sur les panneaux isolants.
Selon la pente ; donc principalement à X° pour les versants d’origine et plate (2°) au-dessus des chiens assis, l’étanchéité à l’eau est gérée distinctement : à l’aide d’une sous-toiture au niveau des pans de toiture et à l’aide d’une membrane EPDM au niveau de la toiture plate.
Isolation des pans de toiture d’une charpente en béton
Compte tenu de la structure existante en béton (système mixte : une partie faite de poutres et poutrelles en béton et une autre partie faite de portiques en béton soutenant des dalles en béton qui constituent les pans de la toiture), le choix d’une isolation par l’extérieur s’est imposé. Cette isolation est envisagée dans ce cas-ci avec une couche de 22 cm de laine minérale posée au sein d’une ossature-bois de 23 cm. Il s’agit donc d’une isolation traditionnelle entre chevrons.
Sur cette photo de chantier, on peut apercevoir les éléments en bois entre lesquels les rouleaux de laine minérale vont être déployés. Les dalles en béton constituant une partie des pans de toiture sont autant que possible conservés. Néanmoins, la mise en œuvre d’une isolation continue et le « redécoupage » de la toiture pour y insérer des baies a nécessité la destruction d’une partie de ces dalles en béton.
Par transparence au travers de la sous-toiture bleue, on peut voir le lattage et contre-lattage nécessaire au recouvrement du toit. Et du côté intérieur de la sous-toiture, on devine la suite des couches successives qui formeront le nouveau complexe de paroi constituant la toiture. Apparaît la sur-épaisseur faite d’éléments en bois de 23 cm qui se construit afin d’accueillir la couche d’isolation thermique la plus continue possible, limitant au maximum les interruptions d’isolant au droit des nœuds constructifs.
L’isolation thermique est réalisée en laine minérale se présentant sous forme de rouleaux épais de 22 cm. La conductivité thermique a une valeur U = 0,035 W/mK. Les rouleaux de laine minérale sont déployés dans la structure réalisée pour accueillir cet isolant. Celle-ci est réalisée avec des éléments en bois de 23 cm d’épaisseurs disposés à intervalles réguliers.
L’isolation de la toiture plate (toiture des lucarnes et des chiens assis) est quant à elle réalisée à l’aide de panneaux en polyuréthane (PIR) d’une épaisseur de 14 cm. La conductivité thermique de ces panneaux a une valeur Umax de 0,024 W/mK. Les panneaux isolant sont collés en adhérence totale sur la couche pare-vapeur (OSB 18 mm).
Attention aux exigences variables entre le subside et la norme. Choisir la plus contraignante des deux.
La toiture la plus économe.
La rénovation énergétique n’est pas toujours l’élément déclencheurs des travaux entrepris. Dans ce cas-ci, c’est plutôt la réaffectation des locaux sous la charpente et le manque de places qui ont motivé la mise en route du projet. A l’occasion de ce chantier de réaménagement spatial, une attention a été portée aux questions énergétiques étant donné que c’était la première grosse intervention en toiture depuis la construction du bâtiment dans les années 1930 ! Les travaux énergétiques ne sont généralement pas une fin en soi mais font partie intégrante d’une rénovation plus globale s’inscrivant dans une vision élargie à long terme.
L’école communale de Wépion a entrepris des travaux de rénovation sur l’ensemble de ses bâtiments :
Source= https://www.le-nid.be/
La rénovation intérieure de partie dédiée à l’école maternelle
le remplacement de l’ensemble des châssis (lien vers l’article)
l’installation d’un système de ventilation double-flux
la rénovation des sanitaires
Le dossier bénéficie d’une subvention partielle du montant de l’investissement via le programme UREBA PWI qui a fait l’objet de l’appel à projet UREBA Exceptionnel 2019.
Dans le prolongement des travaux en toiture déjà réalisés et dans cette logique d’amélioration (thermique) de l’enveloppe, c’est à présent au tour des châssis d’être remplacés. Etant donné que les travaux d’isolation impliquent une prise en compte de l’étanchéité à l’air et qu’ils sont indissociables des travaux relatifs à la ventilation, un autre lot de ce chantier concerne la mise en place d’une ventilation.
Situation existante avant travaux
Pas de système de ventilation. (phrase)
Pas de plainte QAI mais point d’attention (voir dossier)
Statistique POE (sur les 25 élèves interrogés). Est-ce dû au fait que l’enveloppe (avant travaus) pas étanche à l’air?
VMC double-flux
« Une ventilation satisfaisante des locaux occupés, au moyen de l’air extérieur, est une exigence fondamentale pour obtenir des conditions environnantes acceptables à l’intérieur des bâtiments. Elle est, par conséquent, un élément essentiel de la conception d’un bâtiment et de ses équipements ». Source : Guide bleu ventilation p 8.
Par le nombre et la surface de châssis remplacés, l’étanchéité du bâtiment a été renforcée. Par conséquence, un travail sur la ventilation hygiénique des locaux s’imposait.
Attention schéma double-flux, new photos Wépion
Norme et réglementation
L’Annexe C3-VHN de l’AGW PEB du 15/12/16 [GW -16- 2], et la norme NBN EN 13779 [IBN -07-1] définissent les exigences de ventilation pour les bâtiments non résidentiels destinés à l’usage humain. Les besoins de ventilation hygiénique de ces bâtiments varient en fonction de leur densité d’occupation, de l’utilisation du bâtiment, de la qualité de l’air intérieur demandée et de l’environnement extérieur.
La classification de base de la qualité de l’air intérieur est reprise dans le tableau ci-dessous.
Catégorie
Description
Classification par le niveau de CO2
Niveau de CO2 au -dessus du niveau de l’air fourni en [ppm]
Valeur par défaut [ppm]
INT 1
Qualité d’air intérieur excellente
< 400
350
INT 2
Qualité d’air intérieur moyenne
400 – 600
500
INT 3
Qualité d’air intérieur modérée
600 – 1 000
800
INT 4
Qualité d’air intérieur basse
> 1 000
1 200
Source : Guide bleu, p. 19.
Lors du dimensionnement des systèmes de ventilation, le débit de conception ne peut pas être inférieur au débit minimal correspondant à la catégorie d’air intérieur INT 3, qui correspond à 75 à 80 % de personnes satisfaites par la qualité de l’air. Dans les espaces destinés à l’occupation humaine, pour atteindre la catégorie d’air intérieur INT 3, il faut déterminer le nombre de personnes occupant un local et le multiplier par le débit de conception minimal correspondant à la catégorie d’air intérieur INT 3. Le débit de conception minimal dans les espaces destinés à l’occupation humaine doit être déterminé sur base du tableau ci-joint de la norme NBN EN 13779 (taux d’air neuf par personne).
Débit d’air neuf par personne
Catégorie
Zone non fumeur
Plage type
Valeur par défaut
INT 1
> 54
72
INT 2
36 – 54
45
INT 3
22 – 36
29
INT 4
< 22
18
On aboutit, ainsi, à un débit d’air neuf minimal de 22 m³/h par personne. Parallèlement à cette réglementation, la Réglementation Générale pour la Protection du Travail (RGPT) impose, dans tout local occupé par du personnel, que l’employeur prenne toutes dispositions pour qu’un débit d’air neuf de 30 m³/h par personne soit amené dans le local.
Extrait du tableau 11 de la norme NBN-13779 : 2004 qui fixe le taux d’air neuf par personne selon la catégorie de qualité d’air intérieur (ici, INT 3) :
Catégorie
Unité
Débit d’air neuf / personne
Zone non-fumeurs
Zone fumeurs
Plage type
Valeur par défaut
Plage type
Valeur par défaut
INT 3
m³/h par personne
22 – 36
29
43 – 72
58
Outil de simulation / Niveau de CO2 d’une classe
La Belgian Society for Occupational Hygiene est l’association scientifique belge pour l’hygiène du travail et met à disposition du grand public un outil de simulation sur la qualité de l’air d’un local en fonction de son volume, du taux d’occupation et du débit de ventilation de ce local.
Source : https://CO2sim.bsoh.be.
Régulation
la régulation de la qualité de l’air est assurée à un système de régulation de type IDAC6; ce qui correspond aux exigences du programme UREBA PWI 2019. Dans le cas l’installation de la VMC à l’école communale de wépion, chacun des quatres groupe de ventilation est asservie à une sonde CO2.
Catégorie
Description
INT – C1 (IDA-C1)
Sans régulation.
Le système de fonctionne constamment. PAS AUTORISE !
INT – C2 (IDA-C2)
Régulation manuelle.
Le système de fonctionne selon une commutation manuelle. PAS AUTORISE !
INT – C3 (IDA-C3)
Régulation temporelle.
Le système de fonctionne selon un programme temporel donné.
INT – C4 (IDA-C4)
Régulation par l’occupation.
Le système de fonctionne en fonction de la présence (commutateur d’éclairage, détecteur à infrarouge, …).
INT – C5 (IDA-C5)
Régulation par la présence (nombre de personnes).
Le système de fonctionne en fonction de la présence de personnes dans l’espace.
INT – C6 (IDA-C6)
Régulation directe. Le système est régulé par des détecteurs mesurant les paramètres de l’air intérieur ou des critères adaptés (détecteurs de CO2, gaz mélangés, COV, …) Les paramètres utilisés doivent être adaptés à la nature de l’activité dans l’espace.
Types possibles pour la régulation de la qualité d’air intérieur (INT – C).
Source : PEB, page 210.
Dimensionnement adapté à la fonction des locaux
Selon la fonction du local (classe, cuisine, sanitaire), le dimensionnement de la VMC doit être adapté.
Source= architecte ville de Namur / BEP
La superficie d’une classe-type est de plus ou moins 55 m ². (volume estimé à 150 m³) Sur base d’un nombre moyen d’occupants de 23 personnes (22 élèves + 1 adulte), la simulation du taux CO2 couvrant une période continue de 120 minutes dessine une courbe qui plafonne à la limite des 1 000 ppm. Le taux de renouvellement d’air pris en compte pour cette simulation est le débit de conception minimal réglementaire, soit 22 m³/(h.pers).
simulation VMC classe-type à l’école communale de Wépion
Le débit d’air prévu dans le réfectoire (+/- 140 m²) est de 2 000 m³/h.
En prenant les 22 m³/h de référence, le dimensionnement correspond à une occupation de la pièce par 90 personnes.
Les normes imposent un débit de conception minimal plus élevé pour les espaces dédiés aux sanitaires. Le débit de conception minimal dans les toilettes est de :
25 m³/h par WC (y compris les urinoirs)
ou
15 m³/h par m² de surface au sol
si le nombre de WC n’est pas connu au moment du dimensionnement du système de ventilation.
Quatre groupe de ventilation gèrent la ventilation de l’école.
Groupe 1
4 780 m³/ h
7 classes (500 m³/h chacune)
Local sieste
Petit local polyvalent
Salle informatique
Secrétariat
Groupe 2
5 690 m³/ h
9 classes (500 m³/h chacune)
Salle des professeurs
Bureau de la direction
Groupe 3
3 240 m³/ h
Salle de gymnastique
vestiaire
Groupe 4
2 500 m³/h
Réfectoire
Cuisine
Des plans d’architecture meublés « habités » pour une occupation réelle!
Source = bureau d’étude . Plan meublé pour une nouvelle construction dans le BW
Bien que la norme PEB impose un débit de conception minimal qui prenne en compte le nombre réel d’occupants, la mise en dessin sur plans du scénario d’occupation permet de lever les ambiguïtés possibles sur l’hypothèse de départ prise en compte dans le calcul de ce débit de conception minimal.
Encourager la maîtrise d’ouvrage, les porteurs de projet à dialoguer avec l’auteur de projet sur base de documents graphiques présentant l’occupation réel des locaux permet d’éviter d’avoir recours à la méthode se basant sur les m² minimum pas personne pour dimensionner le système de ventilation. Cette méthode aboutit généralement à une sous-estimation du nombre d’occupants.
L’école communale de Wépion a entrepris des travaux de rénovation sur l’ensemble de ses bâtiments :
Source= https://www.le-nid.be/
La rénovation intérieure de partie dédiée à l’école maternelle
le remplacement de l’ensemble des châssis
l’installation d’un système de ventilation double-flux
la rénovation des sanitaires.
Le dossier bénéficie d’une subvention partielle du montant de l’investissement via le programme UREBA PWI qui a fait l’objet de l’appel à projet UREBA Exceptionnel 2019.
Situation existante
Comme on peut le constater sur thermographie aérienne réalisée par la Ville de Namur, la couleur bleutée du toit atteste que des travaux d’isolation au niveaux de la toiture ont déjà été réalisés par le passé. Une installation photovoltaïque a également été placée. Pour info, la zone rouge visible l’image ci-dessous et que l’on pourrait supposer mal isolée correspond à la cour de récréation et non à la toiture. Cette zone ne devrait dont pas apparaître de façon colorée car seules les toitures du bâti sont concernées par cette thermographie aérienne.
Dans le prolongement des travaux en toiture déjà réalisés et dans cette logique d’amélioration (thermique) de l’enveloppe, c’est à présent au tour des châssis d’être remplacés. Etant donné que les travaux d’isolation impliquent une prise en compte de l’étanchéité à l’air et qu’ils sont indissociables des travaux relatifs à la ventilation, un autre lot de ce chantier concerne la mise en place d’une ventilation (VMC double flux, lien vers ces travaux).
Source : https://www.le-nid.be/3d.
Dans le prolongement des travaux en toiture déjà réalisés et dans cette logique d’amélioration (thermique) de l’enveloppe, c’est à présent au tour des châssis d’être remplacés. Etant donné que les travaux sur l’enveloppe (remplacement de tous les châssis) impliquent un renforcement de l’étanchéité à l’air, cela induit inévitablement de repenser la ventilation des locaux, un autre lot de ce chantier concerne donc la mise en place d’une ventilation mécanique contrôlée double flux.
Tous les châssis, encore d’origine (construction des bâtiments entre 1961 et 1970), sont remplacés à l’occasion de ces travaux de rénovation. Etant donné que les murs extérieurs de l’école sont principalement composés d’ensembles de châssis (avec alternances parties vitrées et parties opaques), Ces éléments de paroi impactent fortement le confort des usagers au quotidien.
Les anciens châssis ont continuellement un aspect sablé, il y a des « jours » au niveau du raccord avec la façade, présence de courants d’air inconfortables, …
La proportion ( calculer pourcentage ?) de baies vitrées (+- 670 m²) composant le mur est très grande, la conception initiale du bâtiment s’approche d’avantage d’une façade-rideaux que d’un mur classique percé de quelques ouvertures.
De plus, les fenêtres basculantes (celles ouvertes sur les photos ci-contre) ne sont pas du tout adaptées à la fonction du bâtiment : une école ! Ce système d’ouverture est donc banni pour les nouveaux châssis.
Situation projetée
Source = architecte – BEP NAMUR
La rénovation envisagée au niveau de l’enveloppe consiste à remplacer les châssis par de nouveaux, plus performants. Cette rénovation ajoute une touche colorée par rapport au ton bleu uniforme qui a dominé jusqu’à ce jour. A intervalle régulier, un panneau opaque entre deux vitrage se pare de couleur. Hormis cette ponctuation colorée, l’ensemble des châssis est d’une couleur homogène, neutre (gris).
Pour satisfaire les exigences relatives à la subvention UREBA exceptionnel PWI, les travaux au niveau de l’isolation thermique devaient permettre d’atteindre les coefficients globaux de transmission inférieurs ou égaux aux valeurs suivantes :
Si l’on considère qu’il s’agit d’un mur rideau, les éléments qui composent l’ensemble châssis et vitrage doivent satisfaire la valeur Umax = 2 [W/m²K] et 1,10 [W/m²K] pour la partie vitrage.
Si l’on considère qu’il s’agit de fenêtres, celles-ci doivent satisfaire la valeur Umax = 1,50 [W/m²K] pour l’ensemble châssis + vitrage et 1,10 [W/m²K] pour la partie vitrage.
Dans ce cas-ci, c’est la seconde option qui est retenue. Etant donné qu’une façade-rideau, au niveau des exigences attendues, est moins performante que de classiques baies vitrées, c’est donc ce deuxième cas avec la « meilleure » valeur U (la plus basse) qui a été retenue, au bénéfice donc du caractère « isolant » du châssis. Cependant, étant donné que la proportion de châssis sur certaines façades est plus grande que la partie « mur », le U moyen du mur sera plus proche de la valeur des châssis (max 1,5 [W/m²K]) que de celle attendue pour un mur mieux isolé (0,24 [W/m²K]) … et qui a donc une valeur U plus faible. Une paroi opaque, assimilée à un châssis, sera généralement plus déperditive qu’une paroi opaque assimilée à un mur ! Cela interroge la conception même d’un bâtiment et les motivations qui président aux choix de conception.
Les valeurs de cet appel à projet Ureba exceptionnel 2019 sont heureusement alignées sur les valeurs réglementaires actuelles de la PEB malgré les longs temps de procédure qui séparent l’appel à projet et la réalisation des travaux. Dans pareille situation, il peut être intéressant d’anticiper le délai des procédures et d’aller au-delà de la réglementation…
Bien que d’aspect homogène, la façade est en réalité composée de nombreux châssis différents. Voici un aperçu du panel
La valeur Umax à atteindre au niveau des fenêtres concerne l’ensemble de la fenêtre, c’est-à-dire la partie vitrage et la partie du profilé et l’intercalaire et la grille de ventilation (si présente) et le panneau de remplissage (si présent).
La procédure générale pour la détermination de la valeur U des fenêtres et des portes est détaillée dans l’Annexe 3 de l’AGW du 15/12/16 [GW -16-2].
Dans l’évaluation de la performance énergétique d’un bâtiment dans le cadre de la PEB, un calcul fenêtre par fenêtre est en principe réalisé, utilisant la formule reprise dans l’encadré ci-dessous:
Coefficient de transmission thermique des fenêtres et portes, de matériaux et de dimensions standard
Dans son paragraphe « 9. Coefficient de transmission thermique des composants des fenêtres et des portes », l’Annexe 3 de l’AGW du 15/12/16 donne le détail du mode de calcul des coefficients de transmission thermique :
du vitrage ;
de l’encadrement ;
du panneau de remplissage opaque ;
de la grille de ventilation ;
ainsi que :
Le coefficient de transmission thermique linéique tenant compte des effets combinés du vitrage, de l’intercalaire et de l’encadrement ;
et le coefficient de transmission thermique linéique tenant compte des effets combinés du panneau de remplissage, de l’intercalaire et de l’encadrement.
Le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre Uw ou d’une porte UD ayant des dimensions connues et pourvue de parties vitrées et/ou de panneaux de remplissage opaques et/ou de grilles de ventilation, est généralement calculé au moyen de la formule suivante :
Uw (ou UD) = ( AgUg + Af Uf + ApUp + ArUr + IgΨg + IpΨp) / (Ag + Af + Ap + Ar)
où,
A [m²] = superficie du vitrage (Ag), du châssis (Af ), de la grille de ventilation (Ar) ou du panneau de remplissage (Ap) ;
U [W/m²K] = coefficient de transmission thermique du vitrage (Ug), du châssis (Uf ), du panneau de remplissage opaque (Up) ou de la grille de ventilation (Ur) ;
ψ [W/mK] = coefficient de transmission linéique tenant compte des effets combinés ;
du vitrage, de l’intercalaire et de l’encadrement (ψg),
du panneau de remplissage, de l’intercalaire et de l’encadrement (ψp),
l [m] = longueur du raccordement entre l’encadrement et ;
le vitrage (lg),
le panneau de remplissage (Ip).
Cette équation peut être utilisée pour les fenêtres constituées de plusieurs types de vitrages, encadrements ou panneaux de remplissage.
Jean-Marie Hauglustaine et Françy Simon, la fenêtre et la gestion de l’énergie – guide pratique pour les architectes, Editeur RW, édition 2018, p.26
Une approche simplifiée est également autorisée. Pour des fenêtres sans grille de ventilation ni panneau de remplissage, le coefficient se calcule comme suit :
si Ug ≤ Uf , alors : Uw,T = 0,7 Ug + 0,3 Uf + 3 Ψf,g [W/m²K]
si Ug > Uf , alors : Uw,T = 0,8 Ug + 0,2 Uf + 3 Ψf,g [W/m²K]
Dans le cas de châssis composés d’éléments opaques, la performance énergétique des parties non transparentes n’est pas équivalente à celle d’un mur.
Pour aller plus loin dans le cas de cette rénovation, des réflecteurs peuvent être placés derrière les radiateurs afin de limiter les déperditions directes via ces allèges
Le remplacement des châssis a eu lieu pendant les vacances de la Toussaint. Le cahier des charges précisait que ces travaux devaient être réalisés en une seule phase continue et que les croisements entre activité scolaire et activité du chantier étaient exclus. Les périodes de congés scolaires s’imposent donc comme la période idéale pour les chantiers. Pour parvenir à remplacer l’ensemble des châssis en moins de deux semaines afin de ne pas empiéter sur la vie scolaire – ce qui aurait nécessité de « reloger » les usagers, le chantier a mobilisé de nombreuses forces vives travaillant en même temps. Lors de notre visite de chantier, plusieurs dizaines d’ouvriers étaient à pieds d’œuvre ! C’était impressionnant d’imaginer que cette métamorphose en cours serait terminée en quelques jours à peine.
Pose de nouveaux châssis en aluminium pour l’ensemble des façades de l’école.
Des fenêtres à ouvertures d’air réglables de type invisivent sont placées dans les locaux de l’école maternelle ainsi que dans les sanitaires de l’école primaire.
Ces profilés occasionnent une faiblesse thermique dans l’enveloppe et occasionnent des pertes étant donné que l’air a la même température que l’air extérieur. En période de chauffe, ces pertes devront être compensées au plus près (radiateurs placés à proximité) et en période estivale, contrôle manuel possible ?
Il s’agit d’un aérateur auto-réglable acoustique à rupture thermique pour montage au-dessus du châssis, derrière la battée. (pas de déduction de vitrage)
Umax profilé OAR : 2,2 W/m²K ;
hauteur du profilé = 62 mm (ouverture extérieure visible = 33 mm) ;
Quantité placée : 57 mètres.
Le clapet autoréglable bascule en cas de légère pression du vent et plie en cas de pression plus forte du vent.
Ces profilés occasionnent une faiblesse thermique dans l’enveloppe et génèrent des besoins de chaleur étant donné que l’air entrant à la même température que l’air extérieur. En période de chauffe, ces pertes devront être compensées au plus près (radiateurs placés à proximité). Hormis cet air entrant qui n’est pas préchauffé (mais qui le serait avec une ventilation mécanique double flux avec récupérateur de chaleur) ce système –moins coûteux qu’une VMC- assure l’apport d’air neuf indispensable à une bonne qualité d’air intérieure. Généralement, cette solution pour l’apport d’air neuf est couplée à une extraction mécanique (= système C). Ces aérateurs au-dessus des châssis sont uniquement placés dans la partie de l’école maternelle ainsi que dans les sanitaires. Dans les autres parties de l’école (réfectoire, salle de gymnastique, classes primaires, bureaux), un système de ventilation mécanique double flux est installé. (voir lien article). Il n’est donc pas impossible de démultiplier les systèmes et de combiner différentes solutions.
Le confort d’été est également abordé au travers d’un projet d’aménagement végétalisé des cours de récréation. Le prochain chantier à venir concerne l’aménagement des abords du bâtiment. Tant la cour de l’école maternelle que celle de la cour primaire va être en partie déminéralisée et verdurisée. Les motivations sont multiples pour faire entrer la nature dans l’école. Que ce soit pour que les enfants (re)trouvent un contact avec leur environnement, pour permettre d’organiser des « classes du dehors », pour créer des zones ombragées et limiter la surchauffe à certains endroits de la cour… Une approche pluridisciplinaire de ce projet favorise son appropriation par toutes et tous.
Cette démarche de déminéralisation des cours de récréation à travers des projets de verdurisation est encouragée à travers l’appel à projet « Re-Création » en région bruxelloise et s’inscrit dans la même logique que le projet international des cours « OASIS ». A Namur, de tels projets ont déjà vu le jour dans d’autres écoles de la Ville : Loyers, Court’Echelle, La Plante, Heuvy, Boninne, … Dans une interview, le directeur nous raconte les problèmes de surchauffe rencontrés dans certaines classes fortement exposées. Par forte chaleur, la température a déjà atteint 38 °C dans la classe la plus chaude. Avec l’arrivée des nouveaux châssis et les futures plantations envisagées à proximité, les usagers espèrent que ces problèmes de surchauffe soient atténués, voire solutionnés.
Avant-Projet de végétalisation de la cour de récréation de la section primaire de l’école
Avant -Projet de végétalisation de la cour de récréation de la section maternelle de l’école.
Le projet COLECO a pour objectif de lancer une dynamique locale d’autoconsommation collective en Wallonie picarde par la mise en place d’outils digitaux qui permettent de créer des communautés locales d’énergie éco-responsables, c’est-à-dire des communautés de voisins qui produisent et consomment ensemble une énergie locale durable. Le projet est porté par l’agence de développement territorial IDETA en collaboration avec le gestionnaire du réseau de distribution d’électricité, Les 8 communes pilotes – dont la ville de Lessines – et l’entreprise HAULOGY, spécialisée dans le développement de logiciels pour les acteurs du monde énergétique.
La commune souhaitait équiper un de ses bâtiments communaux et dans ce paysage communal, l’établissement scolaire faisait office de candidat idéal. En effet, vu son taux d’occupation en raison des horaires scolaires et des périodes de vacances répétées, l’école présente un excellent profil pour faire communauté d’énergie avec les voisins du quartier.
La réglementation
Un précédent article à l’occasion d’un webinaire sur ce projet et ce sujet a déjà évoqué la question de la réglementation. le cadre légal relatif aux communautéxs d’énergie en Wallonie et au partage d’énergie n’est pas encore totalement abouti. Si le décret du 5 mai 2022 introduisant notamment les notions de communauté d’énergie renouvelable et de communauté d’énergie citoyenne ainsi que la possibilité d’effectuer une opération de partage d’énergie au sein d’un même bâtiment ou au sein d’une communauté d’énergie est entré en vigueur depuis octobre 2022, un arrêté d’exécution du Gouvernement wallon est toutefois nécessaire afin que ces nouveaux régimes puissent être opérationels (sources = CWAPE).
Mise en place expérimentale du périmètre local de la communauté.
Développer une communautés de voisins qui produisent et consomment ensemble une énergie locale durable…
plan de la CER au sein d’un périmètre de proximité
Ores, le gestionnaire du réseau de distribution a mis à disposition les documents techniques de la cabine basse tension dont dépend l’école. IDETA s’est basée sur un périmètre géographique de proximité lié au réseau desservi par cette cabine. Cette décision fut prise tout en sachant que les critères de prescription de périmètre de la CER devront encore être précisés par les arrêtés d’exécution toujours en attente. C’est le bon sens et la logique qui a présidé à ce choix prudent. c’est sur base de cette première aire de partage qu’un appel à participation locale a été lancé après une étude du quartier menée par IDETA qui a cherché à dresser les différents profils de consommateurs potentiels de cette CER. Cette étude préliminaires des profils des membres de la communauté et de la capacité du réseau est un préalable au bon dimentionnement de la CER. Dans le but de minimiser d’une part la réinjection massive d’un surplus sur le réseau et d’autre part de connaître la capacité du réseau à absorber ce surplus en partage. Dans cette expérience pilote à Lessines, parmi les 140 bénéficiaires potentiels identifiés, une quarantaine se sont portés volontaires. Ces participants volontaires ont été informés du projet, ont signé une première charte d’adhésion et ont également été sensibilisé à l’énérgie et au déplacement de charge lors d’ateliers citoyens participatifs.
Compteurs communicants et outils numériques
Tous les membres potentiels de cette CER ont été équipés d’un compteur communiquant permettant le relevé et la collecte d’informations de consommation quart-horaire. C’est IDETA qui a centralisé les demandes et pris en charge les petits frais d’équipement connexes à leur bonne installation.
L’entreprise Haulogy spécialisée dans le développement de logiciels pour les acteurs du monde énergétique développe des outils digitaux d’aide au pilotage des consommations domestiques afin de faciliter, favoriser un échange direct, une redistribution et une répartition du surplus d’énergie renouvelable produite localement – sur les toitures de l’école communale – entre les membres de la CER.
source: IDETA
Ateliers participatifs de sensibilisation à l’énergie, au déplacement de charge
Les ateliers citoyens participatifs proposé par IDETA ont permis à l’agence de développement territorial de mieux comprendre les besoins des membres potentiels de la CER. Cette étude préliminaire des profils de consommation des membres de la communauté est un préalable au bon dimensionnement de la CER. Quant aux membres, ils ont été sensibilisé à l’énergie et au déplacement de charge. Car l’objectif à terme est que la demande en électricité épouse l’offre. Que la consommation se superpose à la production. C’est une logique qui vient à contre-courant du compteur bi-horaire.
“La synchronisation de la production et de la consommation à une échelle locale permettra de mobiliser le réseau dans une moindre mesure et facilitera
une meilleure intégration des énergies renouvelables, par nature intermittentes”. IDETA
Dans ce projet pilote mené au sein de 8 communes, les coles participantes se sont engagées à soutenir la démarche et à créer un comité de suivi composé d’élèves, d’enseignant·e·s, d’un repésentant d’IDETA, du coordinateur POLLEC, d’un membre du POet de la direction de l’école. Ce comité élabore un plan d’action sur base d’une feuille de route.
Installation photovoltaïque
L’installation actuelle a été dimensionnée dans un premier temps dans une logique d’autoconsommation propre à l’école. Il reste une grande surface disponible en toiture pour développer l’installation et assurer une plus grande production d’électricité. Pour poursuivre son déploiement, ce projet expérimental de mise en place d’une CER attend les avancées législatives en la matière, à savoir les arrêtés d’éxécution relatifs au décret permettant le partage d’énergie renouvelable au sein d’une communaut d’énergie citoyenne.
Les 3 vidéos qui illustrent le contenu de cette page, ci-dessous, c’est à dire l’installation d’un système de ventilation, le relighting et l’isolation de la toiture et par le plancher du grenier sont visibles ici.
Contexte
Le site accueille une école primaire et maternelle sur une surface bâtie de 2455m². Le bâtiment principal date de 1993 et a été rénové en 2020. Il abrite les classes de la section maternelle, des classes de primaires, des bureaux ainsi que les cuisines et les sanitaires. Une extension a été ajoutée à l’école en 2008 afin d’accueillir de nouvelles classes de primaires. Cette extension est encore en bon état et ne nécessite dès lors pas encore de rénovation.
L’accolade de bâtiments avec toiture à 2 pans forment l’extension datant de 2008.
Les travaux de rénovation envisagés ont été accélérés par la nécessité d’une intervention urgente liée à un problème structurel de la charpente. Avant les travaux, ce bâtiment de l’école était source de nombreux inconforts (thermique, visuel, respiratoire…) pour ses occupants. Les travaux de rénovation de la toiture pour résoudre les faiblesses manifestes de la charpente ont dès lors été pensés dans une perspective plus globale incluant plusieurs objectifs, notamment ceux d’une utilisation plus rationnelle de l’énergie mais avec un gain de confort au niveau du climat ambiant intérieur de l’établissement. Si l’objectif premier était donc de solutionner urgemment un problème structurel du bâtiment, un second objectif était de diminuer les consommations énergétiques et le bilan carbone de l’école. Au-delà des aspects techniques, les différents travaux avaient comme objectif majeur d’améliorer le confort des occupants dans le bâtiment.
Pour parvenir à ces objectifs, voici la liste des travaux entrepris :
Le remplacement et l’isolation de la toiture (par le plancher)
(lien vers vidéo) ;
le remplacement des baies : installations de nouveaux châssis et portes ;
le remplacement de l’installation électrique et de la détection incendie ;
le remplacement des installations de chauffage et de ventilation
(lien vers vidéo) ;
Tous ces travaux ont permis de rendre l’école moins énergivore et grâce à l’installation des panneaux photovoltaïque, l’établissement est devenu producteur d’énergie et s’est engagée dans un projet pilote de communauté d’énergie (voir lien).
Rénovation de la toiture et isolation par le plancher des combles
Avant les travaux.
Pendant le chantier.
Toiture, châssis et protections solaires après travaux.
Les toitures en pentes du bâtiment principal ont été rénovées dans le même esprit que l’extension datant de 2008. L’ancienne couverture en tuiles a donc fait place à une nouvelle couverture en zinc.
Source= auteur de projet
La toiture est isolée via le plancher des combles par une couche isolante de 22 cm de laine minérale. Cette isolation via le plancher des combles permet une économie (de matière et de coût) par rapport à une isolation des pans entiers de toiture. Les combles ne sont pas « habités », ils servent de local technique. Les installations techniques présentes sont calorifugées.
Schématiquement, il s’agit ici de ce type d’intervention qui permet, lorsque la charpente n’est pas « habitée », d’isoler la toiture par le biais du plancher des combles, ce qui génère une économie de matière et de coûts.
Note du bureau d’étude présentant une estimation des économies engendrées par l’isolation thermique des toitures :
Type d’affectation de l’immeuble
Ecole
Température moyenne de la saison de chauffe
21°C
Détermination de la température extérieure moyenne de référence
Station IRM la plus proche
Valeur moyenne des degrés-jours 15/15 de la station
T° extérieure moyenne de la zone considérée
Chièvres (Huissignies)
1847 DJ
7°C
Paramètre du bâtiment
Coefficient de transmission thermique de la paroi initiale
Surface mise en œuvre
Durée annuelle de la saison de chauffe
0,2 W/m²K
806 m²
5600 heures
Réduction annuelle de la demande en énergie utile
Economies annuelles
82 148 kWh
Réduction annuelle de la consommation annuelle de combustible
Corrélation consommation théorique et consommation réelle
Economies sur le besoin net en énergie
Rendement de l’installation de chauffage actuelle
Economie d’énergie
100 %
82 148 kWh
78,43 % *
104 739,92 kWH
* L’installation de chauffage a également été remplacée par deux nouvelles chaudières à condensation dont le rendement est de 90 %. Le calcul ci-dessus n’intègre pas encore ce rendement amélioré de la chaudière.
Les anciennes chaudières atmosphériques datant de 1993 et disposait d’une régulation de type climatiques. Afin de mieux maîtriser la consommation énergétique, le système de régulation lié aux nouvelles chaudières à condensation permet une gestion à distance des producteurs et distributeurs. Les radiateurs, disposant déjà de vannes thermostatiques, ne sont pas remplacés.
Dans le cadre de cette rénovation plus globale, l’enveloppe a également été améliorée au niveau des châssis.
Remplacement des châssis et protections solaires
Note du bureau d’étude présentant une estimation des économies engendrées par le remplacement des châssis :
Type d’affectation de l’immeuble
Ecole
Température moyenne de la saison de chauffe
21°C
Détermination de la température extérieure moyenne de référence
Station IRM la plus proche
Valeur moyenne des degrés-jours 15/15 de la station
T° extérieure moyenne de la zone considérée
Chièvres (Huissignies)
1847 DJ
7°C
Paramètre du bâtiment
Coefficient de transmission thermique de la paroi initiale
Coefficient de transmission thermique de la paroi
Surface mise en œuvre
Durée annuelle de la saison de chauffe
3,00 W/m²K 1,4 W/m²K
125 m²
5 600 heures
Réduction annuelle de la demande en énergie utile
Economies annuelles
15 680 kWh
Réduction annuelle de la consommation annuelle de combustible
Corrélation consommation théorique et consommation réelle
Economies sur le besoin net en énergie
Rendement de l’installation de chauffage actuelle
Economie d’énergie
100 %
15 680 kWh
78,43 % *
25 237,41 kWH
Les ouvertures pour les baies vitrées ont été agrandies afin que les fenêtres deviennent des porte-fenêtre permettant un accès direct vers l’extérieur. Selon les témoignages des enseignantes, ce lien immédiat avec l’extérieur est un vrai « plus » par rapport à la situation d’avant les travaux. Cela impact positivement la vie du groupe-classe et l’autonomie des enfants puisqu’ils peuvent ouvrir-fermer, seuls, les fenêtres de manière sécurisée.
En façade Sud, les châssis sont équipés de protections solaires que les enseignantes peuvent descendre et remonter librement grâce à une commande électrique (mais non automatisée).
Ventilation VMC double flux
Les groupes de ventilation double flux (VMC avec récupérateur de chaleur) sont installés dans les combles non-aménagés.
source = auteur de projet / bureau d’étude
Relighting
« Assurer le confort visuel des enfants c’est leur assurer des conditions lumineuses favorables à une vision sans fatigue, c’est-à-dire une vision ressentie comme non désagréable et dans laquelle le corps humain n’a pas d’efforts à faire pour bien voir et se sentir bien. Veiller à ce confort visuel est particulièrement important dans les locaux d’apprentissage (qu’il s’agisse de salles de classe traditionnelles ou non, d’ateliers de travaux manuels, ou encore de salles de sport) et dans les espaces de travail dans lesquels les employés ont une activité prolongée. »
Avant le relighting, les sources lumineuses étaient de type « tubes lumineux » énergivores (en moyenne 4 * 35 W par luminaire). Suite aux travaux de relighting, ces anciens luminaires ont été remplacés par des éclairages LED possédant le marquage *L80 /B20.
* Cela veut dire qu’après une durée de vie de 50 000 heures (environ 16 ans), pour 80 % des luminaires, la valeur du flux lumineux est maintenue de telle sorte qu’elle ne tombe pas à moins de 80 % de la luminosité initiale et que 20 % des LED ont une valeur de flux lumineux inférieure à 80 % du flux initial.
Une commande et gestion d’éclairage par détection de présence ou d’absence suivant les espaces.
Il est essentiel d’avoir une dérogation manuelle possible à cette détection automatique (d’absence de préférence). Car le risque est de ne jamais pouvoir éteindre. En effet, avec la généralisation des tableaux interactifs, il est parfois souhaitable de vouloir baisser l’ambiance lumineuse ponctuellement.
Avant les travaux de relighting, la puissance moyenne installée dans l’école était de 20 W/m². Le remplacement des tubes lumineux par des LED ont permis de passer à une puissance à 8W/m². L’’éclairage fonctionne en moyenne 2000 h/an.
Schéma extrait de l’étude lumineuse d’une classe (faite dans DIALux)
Hauteur de la pièce : 2 800 m, hauteur de montage : 2 800 m, facteur de valeurs en Lux, maintenance : 0.90.
Surface
ρ [%]
Emoy [lx]
Emin [lx]
Emax [lx]
Emin/Emoy
Plan utile
/
471
256
589
0.544
Sol
20
414
244
508
0.590
Plafond
70
104
87
178
0.838
Murs (6)
50
258
88
617
/
Plan utile à 80 cm = hauteur d’une table.
Puissance installée spécifique: 7.30 W/m² = 1.55 W/m²/100 lx (Surface au sol : 62.49 m²).
vidéosSchéma extrait de l’étude lumineuse d’une classe (faite dans DIALux).
Hauteur de la pièce : 2 800 m, hauteur de montage : 2 800 m, facteur de valeurs en Lux, maintenance : 0.90.
Surface
ρ [%]
Emoy [lx]
Emin [lx]
Emax [lx]
Emin/Emoy
Plan utile
/
227
38
382
1.168
Sol
20
208
42
297
0.200
Plafond
70
45
15
81
0.325
Murs (6)
50
96
6.63
341
/
Puissance installée spécifique : 3.05 W/m² = 1.34 W/m²/100 lx (Surface au sol : 246.83 m²).
Schéma extrait de l’étude lumineuse d’une classe (faite dans DIALux).
Hauteur de la pièce : 2 800 m, hauteur de montage : 2 800 m, facteur de valeurs en Lux, maintenance : 0.90.
Puissance installée spécifique : 3.37 W/m² = 3.12 W/m²/100 lx (Surface au sol : 5.34 m²).
Surface
ρ [%]
Emoy [lx]
Emin [lx]
Emax [lx]
Emin/Emoy
Plan utile
/
108
63
154
0.586
Sol
20
73
52
89
0.721
Plafond
70
32
19
42
0.591
Murs (6)
50
65
25
213
/
Résumé des travaux de relighting
Puissance moyenne installée avant travaux = 20W/m²
Puissance moyenne installée après travaux = 8 W /m²
Consommation annuelle avant travaux: 36 000 KWh (2000h)
Consommation annuelle après travaux 14 400 KWh (2000h)
L’installation s’accompagne d’une régulation selon détecteurs de présence et d’absence.
Panneaux photovoltaïques
60 panneaux phtovoltaïques;
Capacité du panneau: 250 Wc
Puissance de l’installation = 15 kWc
La production en énergie en 2021 = 10 000 kWh
La consommation d’électricité en 2021 = 30 000 kWh
Au delà de l’installation technique en toiture de panneaux photovoltaïques, c’est toute la communauté scolaire qui s’est investie de manière pro-active dans une réflexion sur l’énergie au sens large. Cette prise en compte des énergétique a percolé dans les activités pédagogiques et c’est toute la collectivité qui se mobilise en action autour de la quetion énergétique.
Dans cet état d’esprit, l’école a pris part à une expérience pilote de mise sur pied d’une Communauté d’Energie Renouvelable (CER) encadrée par IDETA, une agence de développement territoriale de la Wallonie picarde. Plus d’infos sur la page dédiée à ce sujet: voici le lien
L’installation actuelle a été dimensionnée dans un premier temps dans une logique d’autoconsommation propre à l’école. Il reste une grande surface disponible en toiture pour développer l’installation et assurer une plus grande production d’électricité. Pour poursuivre son déploiement, ce projet expérimental de mise en place d’une CER attend les avancées législatives en la matière, à savoir les arrêtés d’éxécution relatifs au décret permettant le partage d’énergie renouvelable au sein d’une communaut d’énergie citoyenne.
Les travaux de rénovation énergétique de l’école communale Sart dame D’avette située à Flémalle ont été facilités par RENOWATT et ont bénéficié de subsides (sur les postes éligibles) UREBA CLASSIQUE (version 2019).
, facilitateur de la rénovation énergétique en Wallonie.
https://renowatt.be
Pour atteindre les objectifs européens en matière de climat et d’énergie (- 55 % de gaz à effets de serre d’ici 2030), et encourager les collectivités locales à entreprendre des rénovations favorisant l’efficacité énergétique, le projet RenoWatt fournit une assistance globale aux autorités locales pour les épauler dans la rénovation énergétique de leurs bâtiments. Il leur permet :
d’identifier les bâtiments à rénover ;
de préparer un projet de rénovation énergétique de bâtiments publics (y compris en intégrant les subventions régionales) ;
de lancer les marchés publics nécessaires en vue de conclure des contrats de performance énergétique, négocier avec les entreprises et faciliter l’attribution de ces marchés par les pouvoirs publics.
Les 6 étapes du processus RenoWatt
RenoWatt, une initiative du Gouvernement wallon, est un guichet unique qui réalise des audits énergétiques et des études techniques en vue de conclure des marchés de services et de travaux pour la rénovation des bâtiments publics, que ce soit au travers de marchés Design and build (D&B) ou de contrats de performance énergétique (CPE). Dans le cas de l’école de Sart D’Avette, il s’agit d’un projet Design and build.
Actuellement, RenoWatt compte près d’une centaine d’adhérents (villes, communes, provinces, zones de secours et de police, hôpitaux, …) et continue d’être sollicité pour apporter son expertise à d’autres pouvoirs publics. Elle est soutenue par le programme d’investissement ELENA, initiative conjointe de la Banque européenne d’investissement (BEI) et de la Commission européenne dans le cadre du programme Horizon 2020.
La commune de Flémalle a décidé de réaliser des travaux de rénovation dans plusieurs bâtiments, en vue de diminuer leur consommation énergétique et d’améliorer le confort des occupants. La majorité des bâtiments sont des écoles où le confort revêt un intérêt particulier. C’est dans ce cadre que la commune de Flémalle a adhéré à la centrale de marchés RenoWatt, et a intégré les bâtiments suivants, qui bénéficieront donc d’un programme de rénovation énergétique (liste de travaux non-exhaustive) :
École Sart d’Avette (cas d’étude de cet article) : travaux d’isolation des façades, toitures et plafond, remplacement des châssis, réfection de la toiture, ainsi que des investissements sur les équipements techniques (ventilation).
École Jean Beulers : remplacement des chaudières, des circulateurs et de la régulation des systèmes de ventilation, ainsi que l’installation de panneaux PV.
École des Awirs : remplacement de la chaudière, isolation des combles et des toitures plates, ainsi que la rénovation de ces dernières, installation de panneaux PV et de compteurs, …
Service Travaux : installation de compteurs, remplacement des circulateurs, relighting LED, …
E-pole : remplacement des chaudières, installation de compteurs, relighting LED, …
Ces 5 bâtiments totalisant une surface chauffée de 9 907m² et ambitionne de voir leur consommation en énergie primaire diminuer de 33 % en moyenne pour le lot CPE et de 73 % pour le lot D&B, et leur impact CO2 de 34 % en moyenne pour le lot CPE et de 73 % pour le lot D&B, pour un montant total de marchés attribués de : 1 398 961 € TVAC.
Dans le cas de l’école Sart D’Avette, l’avis de marché relatif à la publication des guides de sélection a paru en août 2019 et la commande des travaux a eu lieu en avril 2022. Entre-ces deux dates, les différentes étapes liées à la passation de marchés publics ont été franchies, une entreprise locale spécialisée a été désignée pour réaliser ces travaux.
Programme Ureba
Le projet de rénovation bénéficie d’un subside UREBA classique 2019. UREBA est un programme de subvention de rénovation des bâtiments publics. Les bases légales de ce programme datant respectivement de 1993 et de 2003, une actualisation des conditions d’éligibilité étaient nécessaire. C’est chose faite depuis octobre 2022. Voici un bref aperçu des modifications de conditions :
Types de travaux : Les travaux subsidiés sont plus nombreux et le taux d’intervention financière plus important. Précédemment, le taux de subside était de 30 % des dépenses éligibles, la réforme monte le taux à 40 % des dépenses éligibles. Une surprime est prévue si le projet atteint des niveaux élevés d’efficacité énergétique, dans ce cas, la couverture atteint jusque 52 %. L’utilisation de matériaux bio-sourcés est également valorisée.
Il y a également un incitant financier pour les projets qui vont plus loin en matière de rénovation. Concernant les travaux sur les systèmes de chauffages, seuls les moyens de chauffage renouvelables peuvent faire l’objet d’une demande de subsides (comme une pompe à chaleur ou une chaudière biomasse, par exemple). Les systèmes qui recourent à des énergies fossiles ne sont plus financés.
Introduction des demandes : Les demandes peuvent être introduite à l’aide d’un dossier simplifié, à tout moment, sans devoir respecter une date de dépôt précise.
Voici un tableau comparatif des exigences du programme UREBA classique version 2019 (celle correspondant à ce cas d’étude) et celles de la version actualisée en vigueur depuis octobre 2022.
UREBA Classique 2019
UREBA Classique depuis octobre 2022
L’isolation thermique des parois du bâtiment doit permettre d’atteindre
– Soit des coefficients globaux de transmission inférieurs ou égaux aux valeurs suivantes ;
– Soit des coefficients de résistance thermique supérieurs ou égaux aux valeurs suivante :
Parois de la surface de déperdition du bâtiment
Umax (W/m²K)
Ou Rmin (m²K/W)
Paroi délimitant le volume protégé
Umax
a. Vitrage
En outre, l’ensemble châssis et vitrage présentera un coéfficient de transmission inférieur à
Umax 1.1
Umax 1.8
Fenêtres
Vitrage uniquement
Ensemble châssis et vitrage
Murs – rideaux
Vitrage uniquement
Ensemble châssis et vitrage
Parois transparentes / translucides autres que le verre
– Partie transparente
– Ensemble châssis et partie transparente
1,1
1,5
1,1
2
1,4
2
b. Portes
Umax 2
Portes
2
En cas de remplacement de châssis ou portes, les exigences reprises à l’annexe C3 de l’arrêté du 15 mai 2014 portant sur l’exécution du 28 novembre 2013 relatif à la performance énergétique des bâtiments doivent être respectées pour les amenées d’air dans les locaux
Le coéfficient de résistance thermique R de l’isolant ajouté sera supérieur ou égal aux valeurs suivantes :
Parois délimitant le volume protégé
Rmin de l’isolant ajouté
c. Murs et parois opaques
1° non en contact avec le sol, à l’exception des murs visés au 2°
2° en contact avec un vide sanitaire ou avec une cave en dehors du volume protégé
3° en contact avec le sol
Umax 0.32
Rmin 1.2
Rmin 1.3
Mur
6
d. Toiture ou plafond séparant le volume protégé d’un local non chauffé non à l’abri du gel
Umax 0.27
Toiture ou plafond
6
plancher
4
Objet des travaux de rénovation énergétiques entrepris
Dans ce projet de rénovation « design et build » de l’école communale de Sart d’Avette, il s’agissait d’améliorer la performance énergétique du bâtiment sans repenser la conception du bâtiment. Cette rénovation consiste donc à remplacer des éléments du bâtiment par de nouveaux éléments semblables mais plus performants du point de vue énergétique.
Dans cette optique :
Remplacement du recouvrement de la toiture (+ nouvelle étanchéité par la pose d’une sous-toiture).
Isolation de la toiture par le plancher des combles. / Umax = 0,2W/m².K.
Isolation et pose de crépis sur isolant des murs (440 m²). Umax < 0.24 W/m².K.
Remplacement des châssis double vitrage anciens (292 m²) par de nouveaux châssis Uw < 1.5 W/m².K.
.Installation d’un système de ventilation ( système C)
OAR montée sur châssis + système extraction d’air mécanisée décentralisé (individualisé, un dans chaque local) asservi à une sonde CO2.
C’est donc une rénovation « simple » qui met en évidence l’interrelation entre l’amélioration de l’enveloppe du bâtiment par l’isolation de la toiture, le remplacement des châssis – qui par voie de conséquence rendent le bâtiment plus étanche à l’air – et l’installation d’un système de ventilation pour assurer le renouvellement d’air. Ce trio indissociable « isolation – étanchéité à l’air – ventilation » entre en ligne de compte même dans le cas d’une rénovation simple puisque, par voie de conséquence, des travaux sur l’un des aspects de ces trois aspects entraînent les deux autres.
L’étanchéité à l’air recouvre :
l’étanchéité intrinsèque des composants ;
l’étanchéité des joints linéaires, à la jonction entre les murs et la toiture, par exemple ;
l’étanchéité des traversées ponctuelles : sortie de la ventilation sanitaire en toiture, par exemple, qui constituent autant de points critiques.
Au niveau de la candidature, voici les performances énergétiques annoncées.
Marché
Surface
Consommation
avant travaux
Consommation
après travaux
Performance
après travaux
Investissement
Gaz
Gaz
Energie
primaire
Emission
de GES
Montant
du marché
m²
kWhEF/an
kWhEF/an
%
%
€TVAC
D&B
880
193 500
52 156
73
73
490 624
Source: dossier de candidature
Rénovation de la toiture et isolation par le plancher des combles
Nouvelle couverture de toiture + pose d’une sous-toiture.
Amélioration de l’enveloppe par l’isolation du toit via le plancher des combles
Isolation des combles (460 m²)
vérification des conditions Ureba au moment de l’introduction de la demande (2019).
Isolation des combles
Lambda [W/k/m]
e [mm]
U [W/K/m²]
R [K.m²/W]
Dalle béton
1,7
82
21,25
0,05
Laine minérale
0,035
200
0,18
5,71
Résistance
superficielles
0,34
Total
0,16
6,10
Critère Ureba
Toiture ou plafond séparant le volume protégé d’un local non chauffé non à l’abri du gel : U<=0,27 -> OK
source = bureau d’étude du projet.
Le cahier des charges impose que la réglementation PEB soit respectée. La valeur U des toitures n’excéde donc jamais 0.2 W/m².K, ou 0.24 W/m².K pour les autres parois.
La pose continue d’une couche homogène de 20 cm de laine minérale sur le plancher des combles permet donc de satisfaire la norme PEB et rencontre également les exigences du programme UREBA classique telles qu’elles étaient au moment de l’introduction de la demande.
Par contre, si la demande était à nouveau introduite via le programme UREBA actualisé (depuis octobre 2022) qui stipule que le coefficient de résistance thermique R de l’isolant ajouté sera supérieur ou égal 6 ; les 20 cm de laine minérale ne suffisent plus car la résistance thermique affichée pour ces 20 cm est de 5,70. Pour satisfaire cette exigence renforcée, il faudra pour un même matériau viser une épaisseur plus grande (22 cm minimum) ou une valeur U inférieure à 0,035. > La résistance thermique d’une couche de matériau
Pour aller plus loin
Si le choix de la laine minérale comme isolant (ep = 20 cm) permet de rencontrer les exigences PEB, au niveau de la performance environnementale il existe des alternatives biosourcées plus écologiques. La performance environnementale n’est pas encore réglementée comme la PEB mais compte tenu des objectifs de décarbonation à atteindre dans les prochaines décennies, sa prise en compte émerge dans les différents nouveaux appels à projets et plans de subventionnement (Plan de relance européen, Plan d’investissement exceptionnel à venir, Ureba exceptionnel 2022, Ureba classique actualisé,…)
A titre indicatif, voici quelques valeurs comparatives de l’énergie moyenne nécessaire à la fabrication de certains isolants.
Energie grise de différents isolants thermiques :
fibres de lin (0,038 W/mK)
fibres de chanvre (0,038 à 0,042 W/mK)
cellulose de bois ( 0,038 W/mK)
laine de mouton (0,039 à 0,042 W/mK)
laine de roche (0,033 à 0,042 W/mK)
Perlite (0,040 à 0,060 W/mK)
laine de verre (0,030 à 0,046 W/mK)
argile expansé (0,09 à 0,16 W/mK)*
panneau de liège (0,040 à 0,042 W/mK)
polystyrène expansé PSE (0,038 à 0,030 W/mK)
polystyrène extrudé XPS (0,029 à 0,035 W/mK)
mousse de polyuréthane PUR (0,021 à 0,028 W/mK)
panneau fibre de bois (tendre) (0,036 à 0,055 W/mK)
Evacuation de l’isolant d’époque (ancienne couche de quelques centimètres de laine minérale) par une nouvelle couche de 20 cm de laine minérale (lamda = 0,035 W/K/m) + pose d’un pare-vapeur adapté du côté chaud de l’isolant.
livraison de l’isolant (laine minérale) en rouleaux
Dépose des anciens châssis (double vitrage ancienne génération)
Livraison des nouveaux châssis
290 m² environ, soit :
– 25 châssis côté cour,
– 24 châssis côté arrière
– 12 châssis dans les circulations et locausanitaires ;
– 2 portes d’entrées du bâtiment.
Dormant
Dormant 70 mm Living MD
Renforcement total
Oui
Type d’évacuation
A face
Vitrage demandé
DV feuilleté clair 33.2/15/33.2 U=1,0 W/m²K
Parclose
Parcloses rondes MD
Ouvrant
Fixe simple cadre Living MD
Parclose
Parcloses rondes MD
Coefficient thermique
Uw = 1,14 W/m².K
Dormant
Dormant 70 mm Living MD
Renforcement total
Oui
Type d’évacuation
A face
Traverse
Traverse dormant 92 mm Living MD
Vitrage demandé
DV feuilleté clair 4/15/33.2 U=1,0 W/m²K
Parclose
Parcloses rondes MD
Ouvrant 1
Fixe simple cadre Living MD
Parclose
Parcloses rondes MD
Aérateur
Aérateur AR75
Position commande
A gauche
Débit
S 56 m³/H/m
Ouvrant 2
Ouvrant 83 mm 1 vantail LIVING
Parclose
Parcloses rondes MD
Avec rejet d’eau
Non
Quincaillerie
OB1 Concept PVC (Oscillo-battant)
— Quincaillerie —
0
Type de crémone
GAM milieu
Choix sécurité
Basis +
Position variable
0
Couleur de la poignée par défaut
Blanc
Couleur de la poignée par défaut
Blanc
Coefficient thermique
Uw = 1,08 W/m².K
Dormant
Dormant 70 mm Living MD
Renforcement total
Oui
Type d’évacuation
A face
Vitrage demandé
DV feuilleté clair 4/15/33.2 U=1,0 W/m²K
Parclose
Parcloses rondes MD
Ouvrant
Fixe simple cadre Living MD
Parclose
Parcloses rondes MD
Coefficient thermique
Uw = 1,18 W/m².K
Système C+ décentralisé
Aucune ventilation n’était présente avant les travaux de rénovations entrepris. L’école a décidé d’installer une ventilation de type C+ afin d’améliorer la qualité de l’air et de diminuer le temps de surchauffe. Un système individualisé de ventilation est prévu dans chaque local, pour permettre que toute classe fonctionne de manière optimale en fonction de son occupation réelle ! Ce système est constitué de :
Un groupe d’extraction à vitesse variable de 0…240 à 800 m³/h et entraînement direct du ventilateur par moteur EC. Une commande locale reste accessible à l’occupant en cas de nécessité. Position soit murale soit en plafonnier ;
un gainage de pulsion ;
une gaine de prise d’air ;
un rejet d’air équipé d’un anti-retour pour limiter les
entrées d’air parasites dû à la mise en pression des
façades ;
une prise d’air équipée d’un anti-retour pour limiter les
entrées d’air parasites dû à la mise en pression des
façades ;
une sonde CO2-Température pour la commande directe du groupe d’extraction.
L’implantation prévue est la suivante, en considérant 7 classes et le réfectoire !
Avantage du système indépendant par classe :
Faible gainage, donc consommation électrique très faible
Système très compact et fiable – 1 seul appareil actif.
Système avec commande locale pour dérogation de l’occupant.
Système complètement autonome sans horloge ni commande externe.
La surchauffe d’une classe n’impacte pas les autres.
Pas d’effet téléphone entre les locaux, pas d’impact sur la transmission de bruits entre classe.
Pas de gainage en dehors de ces locaux.
Un atténuateur de bruit est prévu pour éviter une hausse du bruit ambiant général.
Objectif : NR35-40. Cependant le bruit généré est fonction du nombre d’occupant et donc en symbiose avec le bruit ambiant.
Le système accélère en fonction du taux de CO2 ou de la température, (fonctionnement en refroidissement), en comparant les 2 signaux.
Seule une alimentation électrique doit être prévue par classe.
Slowheat est une démarche inspirée du projet éponyme (www.slowheat.org) visant à assurer le confort thermique tout en réduisant les températures d’ambiance. Il se base sur différents principes, tels que le chauffage de proximité, la négociation des conditions d’ambiance, l’habituation progressive au froid léger, etc. L’expérience menée ici vise à identifier dans quelle mesure ces principes sont applicable dans une salle de classe.
Il s’agit donc d’équiper les enfants et animateurs en dispositifs de chauffe alternatifs et lowtech, mais aussi, par différents ateliers, de rassurer et outiller relativement au froid et capacités d’actions face à celui-ci. Grâce à cela, les classes pourront abaisser progressivement les températures d’ambiance et se tourner vers les solutions alternatives. Les questions centrales étant : jusqu’à quelle ambiance est-il possible de descendre, qu’est ce qui facilite cette diminution de température, et qu’est ce qui la freine ?
Description de l’école
L’école des Bruyère est une école primaire et maternelle, libre, subventionnée, non confessionnelle qui se réclame de la pédagogie Freinet. Elle est implantée à Louvain-la-Neuve depuis 1976 et occupe 3 bâtiments abritant chacun 6 à 8 classes et un bâtiment administratif. L’expérience est menée dans la “maison haute” qui regroupe les dernières années primaires, et concerne deux classes de 6P. En voici les caractéristiques :
Volume 2 504 m3 ;
Surface de déperdition 1 222 m2 ;
U moyen de l’enveloppe : 0.8 W/m2K, pour un niveau K56 (en comptant 5 % de nœuds constructifs).
Le bâtiment concerné date de 1976 et a subi différentes rénovations : remplacement des chaudières en 2007, remplacement des vitrages et châssis en 2010, relighting en 2011, isolation des bardages et toitures en 2017. La consommation moyenne de gaz de l’école est de 87 kWh/m2an.
Les compositions de parois actuelles sont les suivantes :
Paroi de brique : 0.29 W/m2K.
Bardage fibrociment : 0.24 W/m2K.
Toiture inclinée isolée par 20 cm de laine de roche 0.035 W/mK : 24 W/m2K ;
Plancher sur sol non isolé : 0.39 W/m2K ;
Double vitrage SGG Climaplus Ultra N de 1.1W/m.K , pour un UW estimée à 1.76 W/m2K.
Les classes ne sont pas équipée de système de ventilation.
Il n’y a pas de thermostat d’ambiance dans la maison haute. Les chaudière sont pilotées par la température du bâtiment administratif, une consigne de 20°C, des vannes thermostatiques et un horaire :
Jours
Ecole des Bruyères LLN Maison basse
Ecole des Bruyères LLN Maison commune
Ecole des Bruyères LLN Maison haute
Ecole des Bruyères LLN Maison maternelle
Lundi
4h30-14h30
6h00-22h30
4h30-17h00
6h00-22h00
Mardi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Mercredi
5h30-11h00
7h00-15h30
6h00-15h00
6h00-22h00
Jeudi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Vendredi
5h30-14h30
7h00-16h30
6h00-17h00
6h00-22h00
Samedi-Dimanche
7h00-7h10
7h00-7h10
7h00-7h10
6h00-22h00
Etape 1 : Présenter le projet aux parents, enfants et animateurs
L’idée de l’expérience a été discutée avec les animateurs de 6ème primaire dès l’année scolaire précédente. Il s’agissait de s’assurer de leur motivation, et de permettre la meilleure intégration possible de la démarche dans leur dispositif pédagogique.
Les parents ont été mis au courant mi-septembre, lors de la traditionnelle réunion de rentrée rassemblant les deux classes de 6ème : une courte information et l’ouverture à des questions ou commentaires. Vu le contexte de crise du prix de l’énergie, la proposition a été bien acceptée. Aucune crainte n’a été formulée : il a été bien expliqué qu’il ne s’agit pas d’avoir froid, mais d’essayer de se « réchauffer autrement ».
Enfin, les enfants des deux classes ont été rassemblés pour leur présenter l’idée, et répondre à toutes leurs questions. L’animation a durée 1h30 environ. Aucune inquiétude particulière n’est ressortie. Au contraire, les questions ne remettaient pas du tout en cause la démarche, mais en questionnaient la motivation :
Quel est le lien entre cette action et la pollution ? Et nous voilà partis pour une explication hyper rapide de l’effet de serre et du changement climatique.
Le rapport avec la couche d’ozone ? Aucun…
La motivation financière de la démarche ? Partager un ordre de grandeur du coût du chauffage dans l’école, et les interroger sur le coût chez eux. Certains enfants connaissaient assez précisément la facture de gaz mensuelle de leur habitation ! Signe que les questions de chauffage et du coût de l’énergie sont discutées dans les foyers.
Les enfants ont directement réagi avec beaucoup d’idées et de partages d’expérience (chez moi, on fait comme ça… chez untel, il y a tel système qu’on pourrait essayer… ). L’occasion d’expliquer aux enfants comment fonctionne, dans les grandes lignes, une installation de chauffage. Et de partir à la chasse au trésor, enfin, à la chaudière, en suivant les conduits de chauffage (les plus débrouillards ont vite regardé sur le plan d’évacuation incendie, ou repéré la cheminée). Petite visite de la chaufferie pour en présenter les principaux organes, et réaliser qu’elle tourne, malgré des températures encore élevées (plus de 20°C en fin d’après-midi).
Suite à cela, passage obligé : le formulaire de consentement et gestion des données (RGPD oblige). A signer par les enfants et les parents.
Etape 2 : Brainstorm
Mi-octobre, les enfants des deux classes ont pris part à des brainstorms par groupes de 4, pour rassembler le plus d’idées de réponses possibles à la question « Comment être bien s’il fait froid en classe ? ». Les réponses ont ensuite été mises en commun, parcourues ensemble, expliquées lorsque c’était nécessaire, et classées en différentes catégories. Parmi celles-ci, une catégorie « idées exclues » établie d’autorité par les animateurs du projet, essentiellement pour extraire celles présentant des risques de blessure ou incendie. Voici le tableau exhaustif des idées des enfants (les idées similaires mais exprimées différemment ont été regroupées par soucis de clarté) :
Catégorie
Idée
Occurrence
Aménagements de la classe
Un radiateur électrique, un poêle à pellets, une plaque chauffante sur le mur ou le toit ou entre les places, des citrouilles chauffantes… bref une source de chaleur dont on peut s’approcher.
9
Transformer quelques tables en kotatsu (table chauffante japonaise).
4
Une « cabane de couettes » : le coin cosy où on peut être bien.
2
Garder une pièce chaude où aller se réchauffer (l’atelier attenant à la classe ?).
2
Mettre des tentures sombres aux fenêtres.
1
Des tapis dans la classe.
1
Quelques chaises chauffantes.
1
Un tapis chauffant.
1
Placer des boudins de porte contre les courant d’air.
1
Activité à faire et/ou organiser ensemble
Boire de l’eau chaude, du thé, de la soupe, du chocolat chaud.. et donc s’organiser pour en avoir à disposition.
19
Faire en classe du sport, du yoga, des massages, une danse du matin, bouger, danser, sauter,… ensemble toutes les X minutes.
16
Mettre de la musique pendant les activités (pour se trémousser chacun sur son banc), chanter et danser en travaillant.
3
Se faire des câlins.
1
Faire des balades en vélo.
1
Crier pendant une minute.
1
Avoir plus de collations.
1
Mouvement, action à faire seul.e
Bouger ses jambes sous la table, se frotter les mains, se frictionner, se lever.
7
Venir à l’école à vélo pour avoir chaud en arrivant, courir à la récréation.
3
Se déplacer pour se mettre au soleil lorsqu’il pénètre en classe, ou s’approcher du radiateur lorsqu’il fonctionne.
3
Manger chaud à midi (mais il faut pour cela de quoi réchauffer nos repas).
2
Penser qu’on a chaud.
1
Se laver les mains à l’eau chaude après la récré.
1
Se souffler dans les mains.
1
Objets à avoir à disposition en classe (et donc à partager) – hors vêtements
Une armoire à coussins, un bac à couvertures.
15
Des bouillotes électriques ou à noyaux cerise, ou des pierres chaudes (mais il faut un micro-onde).
8
Avoir un pédalo sous sa table ou un vélo d’appartement en classe.
7
Un objet chauffe-main qu’on peut manipuler, peut-être posé sur la table.
5
Des coussins chauffants, couvertures chauffantes électriques.
4
Des isolants pour les pieds.
1
Un sèche cheveux.
1
Des casques chauffant (type coiffeur).
1
Des peluches, doudous.
1
Vêtement à avoir à disposition en classe
Des vêtements très chauds à disposition (doudounes, combi de ski, écharpes, sacs de couchage,…).
4
Des vêtements XXL à mettre à deux.
2
Des vêtements chauffants électriques.
2
Des chaussons chauffants.
2
Habitudes vestimentaires que chacun peut prendre
Multiplier les couches (triple paire de chaussettes, collant sous le pantalon,…).
8
Couvrir les extrémités : bonnets, moufles, chaussettes en classe.
6
Garder ses vêtements d’extérieur en classe.
4
Vêtements en laine, pulls tricotés par mamy.
3
Choisir des vêtements sombres (absorbent la chaleur).
1
Souffler sous son t-shirt.
1
Une combinaison de plongée sous ses vêtements.
1
Idées exclues car dangereuses, hors propos, ou inadaptées
Faire un feu, un barbecue, cuire des marshmallows ou des frites.
8
Se faire mal, se stresser, tomber malade, s’étouffer.
5
Mettre 3 personne par banc, se serrer (ingérable selon les animateurs).
2
Avoir des chats ou des moutons, un ours, des poules dans la classe (voir sur les genoux).
3
Courir en classe.
2
Chauffer la pièce avec des panneaux solaires.
2
Bouillottes à eau bouillante.
1
Idées farfelues, blagues
Réfléchir, se chauffer le cerveau avec des math.
6
Se renverser de l’eau glacée sur la tête.
1
Prendre des bains à 3 en classe, aller dans un jacuzzi.
2
Etre nu.
1
S’enterrer.
1
Glisser ses mains sous les bras d’un autre.
1
Verser de l’eau chaude sur les chaises.
1
Une machine « qui absorbe le froid ».
1
Planter un arbre pour qu’il y ait plus d’êtres vivants qui chauffent la pièce.
1
De cette liste impressionnante (197 idées, dont 159 sont « valables »), nous retenons pour l’étape suivante les 8 pistes suivantes, dont 6 concernent directement la classe, son aménagement et son organisation, et 2 relèvent plus de l’action individuelle. Ces pistes rassemblent l’essentiel des idées des enfants, toute permettant de leur donner un cadre et des étapes de travail claires. Les six premières sont développées en détail dans l’étape 3 :
Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement.
Avoir la liberté de bouger seul dans son coin.
Avoir des collations chaudes.
Avoir des objets et vêtements chauds à disposition.
Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort.
Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur.
Profiter des moments en extérieur (récréation, arrivée le matin) pour être actif et avoir chaud en entrant en classe : courir, venir à vélo, …
Quelques conseils de bonne pratique individuelle.
Lors du debriefing avec les enseignants, la question du partage d’équipements a été abordées. A l’évidence, il n’est pas possible d’équiper toutes les tables de systèmes chauffant, ni de mettre à disposition de chaque enfant des équipement de confort : trop de logistique, trop d’investissement,… Le partage des moyens à disposition sera donc central dans la bonne marche de l’expérience. Le partage est une pratique qui s’apprend et s’entraine.
L’histoire, la personnalité de chaque groupe classe est différentes sur ce point. Dans une des classes la question du partage (et de la différence entre égalité et équité) est centrale dans l’animation du groupe. Mais partager un luxe ou un plaisir, comme s’assoir dans le divan plutôt que sur une chaise, n’est pas la même chose que partager un objet répondant à un inconfort. Dans l’autre classe, cet aspect est bien sûr travaillé, mais moins en première ligne, et certains enfants ont des réflexes « territoriaux » assez marqués. Un groupe n’est pas l’autre et les dynamiques de partage seront intéressantes à observer dans les deux cas.
Etape 3 : S’équiper
Les différentes pistes imaginées avec les enfants impliquent des étapes de préparation et réalisation pour se concrétiser.
En détail, piste par piste :
Piste 1 : Avoir des moments pour se réchauffer ensemble en classe par le mouvement
Danse, massage, yoga, pogo,… beaucoup de mouvements peuvent être imaginés. La difficulté est de les organiser et de les rendre compatible avec l’activité scolaire. Quelques principes de base :
Il ne faut pas nécessairement que ce soit long. Quelques minutes tout au plus. Mais peut-être à faire plusieurs fois dans la journée.
Il ne faut pas non plus nécessairement, pour que ce soit efficace, impliquer un déplacement : des mouvements sur places, accompagnés de sautillements, peuvent parfaitement suffire.
Il faut néanmoins un niveau d’activité suffisant. LE but est de générer de la chaleur au sein du corps. Des postures de yoga, ou autres exercices d’étirement, seront donc peu efficaces.
Des mouvements qui dirigent le sang vers les extrémités du corps sont par contre à privilégier. Par exemple une rotation du tronc, bras écarté, pour « pousser le sang vers les doigts ».
Nous ne sommes pas tous à l’aise dans notre corps. Il faut insister sur le fait que ce n’est pas un cours de gymnastique, mais un moment de mouvement proposé (non imposé), sans jugement.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Choisir en classe comment on pratique ce mouvement : chacun le sien ? En suivant un leader ? Selon une routine ? C’est à fixer à l’avance pour éviter les moments de confusion.
Définir une durée : un chronomètre peut être utile. Partir sur une durée réduite : 30 secondes à une minute, pour ne pas laisser l’excitation prendre le dessus. A l’usage, voir s’il est utile de faire plus.
Quand : a priori, c’est inutile (d’un point de vue confort thermique) en arrivant en classe le matin ou après une récréation, car les enfants auront déjà eu l’opportunité de bouger. Le moment de transition entre deux activités d’apprentissage parait pertinent a priori. Le moment de mouvement peut participer au passage d’attention d’une activité à l’autre.
Matériel nécessaire : a priori rien (partant du principe que chaque enseignant a un chronomètre sur son smartphone). Éventuellement un fond musical ?
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Les enfants sont demandeurs d’une « danse de matin ». Elle se mettra donc en place. Cela contribuera-t-il au confort thermique ? Peut-être un peu, mais ce ne sera pas l’objectif central.
Piste 2 : Avoir la liberté de bouger seul dans son coin
On pourrait a priori classer cette piste parmi celles à mettre en pace « chacun pour soi », mais le mouvement de l’un peut générer la gêne de l’autre. Il faut donc réfléchir à quelques balises.
Bien sûr, chacun peut se frictionner les mains, bouger une jambe,… sans gêner ses voisins, sauf si cela génère du bruit ou une vibration. Des patins à glisser sous les pieds de chaises pourront peut-être suffire dans ce cas. Les travaux étudiant le mouvement en réponse notamment aux troubles de l’attention recèlent certainement des idées à reprendre.
Des mouvements de plus grande ampleur peuvent être souhaité : se lever, se déplacer, sautiller un peu sur place, ou changer de place pour une période plus ou moins longue… et renvoient aux règles de fonctionnement générales de la classe. Une discussion ou clarification de ces règles peut dont être utile, de façon à ce que chacun sache clairement à quels moment il n’est pas bienvenu de se déplacer.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Du côté de l’enseignant, reconsidérer les exigences et limites liées au mouvement des enfants, en partant du point de vue de l’élève ressentant le besoin de bouger ou de s’approcher d’une source de chaleur. Attention : une limite à ces mouvements aura des conséquences en cascades sur d’autres pistes (rendre impossible d’aller chercher un objet chauffant par exemple). Il faut donc trouver l’équilibre entre la nécessité de moments propices à la concentration et l’existence factuelle de moment de relâchement.
Avec la classe, clarifier les limites, et identifier les espaces de liberté.
Matériel nécessaire :
Des balles de tennis à éventrer pour amortir les mouvements des chaises ;
Quelques pédaliers de bureaux ?
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Cela va s’intégrer dans les règles générales de la classe : le mouvement est permis s’il ne gêne pas la concentration des autres. Les animateurs expriment quelques craintes des animateurs sur un rôle de rappel de règles qui pourrait être trop lourd. La possibilité de sortir de la classe est par contre ouverte.
Piste 3 : avoir des collations ou repas chauds
A l’école des Bruyère, un système de collation collective est en place depuis longtemps. Les petites classes (voir les plus grandes, lorsque l’envie leur en vient) y ajoutent une tournante soupe : des thermos passent d’une famille à l’autre quotidiennement, à charge pour chacune de fournir 2 ou 3 litres de soupe réchauffée le matin à la maison. Le principe pourrait être élargit à d’autres boissons, plus consensuelles (tisanes par exemple). Ou laissé au choix de chaque famille. On évitera les boissons à préparer en classe telles que infusettes ou boissons lyophilisées. D’une part elles génèrent des déchets, d’autre part elles requièrent une eau à ébullition ou presque, ce qui ne sera pas possible avec des thermos.
Des alternatives sont possible, telles que fontaines à eau chaude, ou mise à disposition d’une bouilloire. Mais elles impliquent soit un coût important (les fontaines chauffantes), soit un risque de brûlure (les bouilloires).
L’idée d’un repas chaud (en l’absence de cantine organisée) implique de son côté l’accès des enfants à un micro-onde, avec les questions de sécurité que cela implique.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Organiser la corvée de vaisselle (à tour de rôle ? chacun le sien ?).
Organiser l’accès à cette boisson chaude. S’agit-il d’un moment institutionnalisé : tous les jours à la même heure ? Est-ce lié à la collation ou au repas ? Est-ce en accès libre ? Peut-on ramener un gobelet à sa table, avec les risques de renversement que cela comporte, ou identifie-t-on un endroit spécifique à cela ? A chaque classe de trouver son mode de fonctionnement, mais s’il s’agit d’un outil pour se réchauffer, notamment les doigts, le retour en classe après une récréation peut être pertinent.
Matériel nécessaire : quelques thermos, une collection de gobelets (éventuellement, chacun apporte le sien) et un espace de rangement pour ceux-ci.
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Pas d’accord pour l’utilisation d’un micro-onde. Une collation tournante est déjà en place. Elle se verra complétée de quelques thermos à remplir d’infusion, de soupe,… selon l’humeur du jour.
Piste 4 : avoir de objets et vêtements chauds à dispositions
Des vêtements chauds à partager ? Mais pourquoi faire, si chacun est bien habillés à la base ? Oui mais… en cas de pluie ou de neige, les gants, bonnets et vestes ne pourront certainement pas être conservés en classe. Avoir quelques pièces à disposition peut donc être pertinent.
Quant aux objets chauffants, il posent une question spécifique : comment les recharger ?
Certains impliquent une alimentation électrique pour accumuler de l’énergie qui est ensuite stockée : il faut alors disposer de suffisamment de prises. En cas de raccordements sur des multiprises, vérifier que la puissance cumulée n’est pas trop importante !
Certains ne développement de la chaleur que branchés. Or, il est difficile d’imaginer que chaque table d’enfant soit équipée d’une alimentation électrique. A éviter donc, ou à limiter à des endroits spécifiques dans la classe.
Certains impliquent le passage par un micro-onde (bouillottes à noyaux de cerise par exemple). Un micro-onde peut-il être laissé à disposition des enfants ? Si oui, est-il accessible à tout moment, ou faut-il confier à un enfant la charge de chauffer les objets à l’avance ?
Il existe également des bouillottes qui se déclenchent par une action mécanique (« craquer » une pastille pour déclencher la réaction exothermique). Très pratique car elles permettent de différer le moment de charge de l’émissions de chaleur. Mais elles nécessitent néanmoins d’être rechargées, souvent dans de l’eau à ébullition. Difficile à imaginer en classe pour des raisons de sécurité. Mais si la décharge peut être contrôlée, il est envisageable que chacun la recharge chez soi.
Enfin, il existe en magasin de sport des chauffe-mains à usage unique, dégageant de la chaleur par le mélange de charbon actif et d’oxide de fer. Le côté non rechargeable, et dès lors la production de déchets, limite cela à une solution de secours. Pourquoi ne pas en avoir quelques-uns en classe, à n’utiliser que ponctuellement.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Organiser la recharge des objets chauffants : examiner entre enseignants la possibilité ou non d’avoir un micro-onde à disposition.
Organiser l’accès à des équipements : faut-il être prévoyant et s’en saisir en rentrant de récréation (mais alors, ne risque-t-on pas que certains en prennent « au cas où » sans les utiliser vraiment) ? peut-on se lever pour aller en chercher ? A n’importe quel moment ? Les règles, quelles qu’elles soient, doivent être claires.
Organiser le partage de ces équipements. A l’évidence, il faut préserver la simplicité dans la gestion, et limiter les situation de conflits. Avoir un nombre suffisant de pièces est donc utile, et une neutralité de ton et motifs peut aider. Prévoir un temps pour discuter de la gestion de ces conflits avec les enfants sera nécessaire, et fait partie de l’apprentissage de la vie en communauté.
Organiser le nettoyage régulier des vêtements mis à disposition et la recharge des objets chauffants. Un tour de rôle ? A quel rythme ?
Matériel nécessaire :
Tout type de survêtement chaud facile à entretenir : ponchos, plaids de taille adaptée, veste ou gilet, … A priori on évitera tout ce qui demande des nettoyages réguliers ou peut poser des questions d’hygiènes (gants, écharpes, bonnets, …). Attention aussi bien collecté auprès des familles de l’école,…
Un espace de rangement efficace.
Micro-onde ou stations de charge électrique pour les objets chauffants.
Mise en œuvre à l’école des Bruyères ? Un panier avec 10 plaids sera fourni à chaque classe, ainsi que 5 bouillottes à recharge électrique. Le tout sera en accès libre pour les enfants, à charge pour eux de gérer un partage équitable de ces équipements. L’entretien de tout cela sera fait une fois par an, par l’un des parents de la classe.
Piste 5 : Modifier l’agencement de la classe pour y trouver des coins confort
Si l’organisation des activités laisse suffisamment de liberté de mouvement aux enfants, un peut être intéressant d’avoir un « coin chaud » dans la classe. Celui-ci peut combiner un côté « doudou », grâce à un matelas au sol, un divan, des coussins,.. et une réelle fonction de chauffoir grâce à un panneau radiant électrique.
Plus original : transposer l’idée de la table chauffante japonaise (kotatsu). Un élément chauffant, une pièce de tissus fixée autour de la table, et le tour est joué. Difficile d’imaginer équiper toutes les tables, mais une ou deux permettent de tester le concept, avant de l’adopter.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Faire un plan de l’aménagement.
Collecter le matériel (récupération principalement).
Un atelier bricolage avec quelques parents ?
Matériel nécessaire :
Panneau radiant IR à grande longueur d’onde : max 400 W, car le but n’est pas de chauffer le local, mais bien uniquement ce coin confort. Éviter tous les systèmes basés sur des lampes halogènes, qui montent haut en température et présentent un risque d’incendie.
Lampe pour kotatsu. Choisir un système avec un contrôle déporté pour ne pas devoir se glisser sous la table pour l’allumer. Les systèmes en vente sur internet sont typiquement de l’ordre de 600 Watt, ce qui semble beaucoup. Il existe également des plaques chauffantes conçues pour se coller sous des bureaux ouverts, qui font de l’ordre de 150 Watt. A tester. Pour le tissus, inutile d’aller vers des housses rembourrée. Une pièce de tissus un peu lourd suffira à bloquer la chaleur sous la table.
Pour tout équipement électrique : une prise avec timer pour éviter les surconsommations électriques, ainsi qu’une allonge électrique.
Un divan ou sommier de lit avec matelas, ou pouf,… selon disponibilités.
Quelques coussins, un plaid…
Mise en œuvre aux Bruyères ? Deux pistes sont testées : un panneau radiant de 360 Watt est accroché à l’un des mur de chaque classe, et deux tables sont transformées en kotatsu, chacune étant équipée d’une pièce de tissus pour la fermer et d’un élément chauffant de 150 Watt. Le tout est contrôlé par des pises avec compte à rebours, pour éviter les surconsommations électriques . Ces équipements sont à dispositions, à charge pour les enfants de gérer un accès équitable.
Piste 6 : Pouvoir garder en classe ses vêtements d’extérieur
Du pur bon sens : si nous sommes suffisamment habillés pour supporter les températures extérieures, pourquoi n’en serait-on pas capable à l’intérieur ?
Évidemment, la pluie pose problème : inenvisageable de garder des vêtements mouillés. Mais lorsqu’il fait sec, quel est le problème à garder une écharpe ou un bonnet, voir une veste à l’intérieur ? Il s’agit de conventions sociales, d’habitudes, de bienséance. Mais ces conventions peuvent évoluer.
Pratiquement, les étapes pour avancer sur cette piste sont :
Ouvrir une discussion entre enseignant sur les règles tacites ou explicites liés aux tenues vestimentaires. Le cas échéant, adapter le règlement d’ordre intérieur de l’école.
Matériel nécessaire :
Aucun
Mise en œuvre aux Bruyères ? La seule limite posée relève plus de l’attitude que du vêtement. Un enfant ne doit pas chercher à s’isoler. Les capuches ne sont donc a priori pas acceptées. Un bonnet par contre ne pose pas de problème.
Etape 4 : construire le dispositif de recherche
Le relevé de température se fait, dans chaque classe, avec des sonde enregistreuses qui collectent la température de l’humidité ambiante, et la température au niveau du radiateur, pour détecter son enclenchement. La température extérieure n’est pas mesurée sur site, mais relevée en ligne. L’ensemble des données est collectée sur base horaire, ce qui suffisamment fin pour comprendre la dynamique des ambiances. L’observation des premiers résultats a été l’occasion de parler avec les enfants des représentations de données en graphique.
La perception des ambiances et mesurées par deux questions classiques des études de post occupancy evaluation (POE), l’une portant sur la perception de l’ambiance et l’autre sur la satisfaction par rapport à celle-ci.
En ce moment, je trouve que l’ambiance de la classe est (coche une case) :
Très froide
Froide
Fraîche
Ni chaude, ni froide
Tiède
Chaude
Très chaude
En ce moment, je trouve que cette ambiance de la classe est (coche une case) :
Très insatisfaisante
Insatisfaisante
Légèrement insatisfaisante
Légèrement satisfaisante
Satisfaisante
Très satisfaisante
Le niveau d’habillement est estimé sur base d’une grille dans laquelle les enfants et animateurs pointent le type et le nombre de pièces d’habillement.
En ce moment, en classe, je porte sur moi … (coche tout ce que tu portes. Si tu as plusieurs fois le même vêtement, indique un nombre. Par exemple, si tu as 2 pulls l’un sur l’autre, indique 2 côté de pull :
Tête
Bonnet
Echarpe
Cache-oreille
Rien
Mains
Gants
Mitaines
Rien
Pieds
Chaussettes fines
Chaussettes de sport
Chaussettes en laine
Pantoufles
Haut du corps
Tshirt manches courtes
Tshirt manches longues
Pull
Bas du corps
Short
Collants
Pantalon
Ces indications sont ensuite traduites en une valeur CLO indicative, sur base de la grille ci-dessous. Une valeur forfaitaire est ajoutée pour les sous-vêtements. Vu le caractère succinct du questionnaire et l’incertitude sur les valeurs attribuées à chaque pièce de vêtement (elles sont inspirées de la norme ISO 7730 , mais les tissus et coupes sont-ils les mêmes ?), ces valeurs CLO sont à interpréter comme marqueurs d’une évolution entre les différents moments de réponse à l’enquête, plutôt que comme mesure d’un niveau absolu.
Pièce d’habillement
(m2.K)/W
Bonnet
0.03
Echarpe ou tour de cou
0.04
Cache-oreille
0.015
Gant
0.05
Mitaine
0.05
Chaussettes fines
0.05
Chaussettes épaisses
0.075
Chaussettes laine
0.1
Pantouffle
0.03
Long
0.12
Court
0.09
Pull
0.3
Thermique
0.35
Short
0.15
Collant
0.15
Pantalon
0.25
Slip
0.04
…
…
L’enquête est replie une première fois avant le début de l’expérience, à titre de référence, puis toutes les semaines au minimum.
Etape 5 : l’expérience en P6B
L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 5 décembre.
Cette classe n’avait pas encore été chauffée : elle se situe sous les toits et bénéficie de ce fait d’une meilleure isolation que d’autres locaux, ainsi que des transferts de chaleur depuis les autres classes. Elle n’a pas non plus été chauffée durant le mois de décembre durant lequel l’expérimentation s’est faite, malgré des températures atteignant parfois 17°C à l’arrivée le matin.
On voit assez nettement sur le graphique de température que malgré l’absence de chauffage, la température remonte tous les jours, sous l’effet conjugué des autres locaux et de l’apport de chaleurs des enfants eux-mêmes : tous ensemble, ils représentent près de 2 000 Watt, soit l’équivalent d’un radiateur de taille moyenne. Néanmoins, il y a un abaissement progressif de la température, en particulier lorsque les conditions extérieurs sont passées sous zéro : on a là plusieurs degrés de différence entre les deux classes. Remarquez la différence de comportement entre les deux classe durant les week-ends : la classe P6A descend rapidement largement sous les 15°C, alors que la classe P6B ne descend que lentement en température.
Température dans le classes en décembre 2022.
Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) en décembre, ou dans le mois qui précédait l’expérience : on passe d’une ambiance très stable entre 19,1 et 19.8°C (moyenne 19,4), avec des extrêmes à 17,5 et 20,6°C, à une ambiance plus fraiche et plus variable, entre 17,2 et 18,6°C (médiane 17,9°), avec des extrêmes à 14,76 et 21,9°C. Cet abaissement est plus limité qu’attendu avant la prise de mesure. Il sera intéressant de comparer les résultats entre les classes, vu leur profil thermique différent.
Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :
La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (-3 = très froid, 3 = très chaud). Un léger abaissement le 7 décembre, pour une température intérieure à ce moment de 19°C… contre 17.7 le 13 décembre. Signe d’une habituation ?
Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps.
Habillement : une légère tendance à s’habiller plus chaudement, ce qui n’est pas surprenant vu la chute des températures extérieures. Mais rien de très significatif. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes…
Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :
Le panneau chauffant et les tables chauffants n’ont pas eu beaucoup de succès. Si les tables sont appréciées par les élèves qui s’y installaient, il n’y a pas eu beaucoup de demande pour les partager. Le panneau chauffant n’a, lui, quasiment jamais été allumé. Ce matériel sera donc passé à la classe P5B, faute d’usage pour ce groupe-ci.
La collation chaude a un succès fou. Généralement prise après la récréation du matin ou de midi, elle est presque tous les jours constituée d’infusions, les soupes étant plus rares (car moins consensuelles en termes de goût ou plus lourdes à préparer pour les parents ?). La distribution est assurée par les enfants, de même que la vaisselle. Chaque enfant ayant un bol attitré et identifié, chacun est responsable de son matériel.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. La charge des bouillotes est assurée à tour de rôle par un enfant le matin. Elles sont ensuite à disposition, sans organisation particulière. Cette façon de faire a occasionné quelques difficultés de partage. Sans aller jusqu’à des conflits entre enfant, il y a eu des frustrations d’arriver trop tard, et d’estimer que certains s’en attribuaient systématiquement. Les plaids n’ont pas provoqué les mêmes difficultés. A noter que certains enfant ont apporté leur propre pièce de tissus. Faut-il donc augmenter le nombre de bouillottes ? La position de l’animateur à ce stade est plutôt de continuer avec le fonctionnement actuel, en incitant les enfants ressentant de la frustration à l’exprimer et le groupe à trouver des modus vivendi adéquats.
Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? « , il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe. Vu la vague de froid rencontrée, et franchie sans difficultés mi-décembre, il n’y a pas de raison de croire que le chauffage soit rallumé de sitôt dans cette classe.
Etape 6 : l’expérience en P6A
L’expérience est lancée dans une première classe (P6B) le lundi 16 janvier.
Cette classe était chauffée depuis début décembre. Sa position sur dalle de sol et avec es murs relativement peu isolés fait qu’elle sensiblement plus vite sa chaleur que la classe de P6B, située sous toiture. Il en résulte une température de référence de l’ordre de 20°C. Suite au démarrage de l’expérience, les radiateurs ne seront plus utilisés. La baisse de température est assez impressionnante, avec une stabilisation entre 15 et 17°C. Par comparaison, la classe de P6B, qui continue l’expérience de son côté, fluctue entre 17 et 19°C, avec un coup de chauffage inexpliqué les premiers jours de février. A noter malgré tout : une tendance es classes à suivre la température globale du bâtiment, comme en témoigne la remonte en température après le WE du 24 janvier : alors que l’eau des radiateurs reste froide, les classes récupèrent plusieurs degrés très rapidement.
Température dans les classes du 9 janvier au 13 février 2023.
Plus rigoureusement, voici les distributions de températures observées dans la classe (pendant les heures d’occupation) pendant l’expérience et, à titre de comparaison, en novembre-décembre : on passe d’une ambiance fluctuant entre 17,7 et 19,6°C (médiane 17,8, extrêmes 12,2 et 22,2), avec des matinées fraiches et montée progressive en température au fil de la journée, à une ambiance plus stable et froide, la plupart du temps entre 15,3 et 17,1°C (médiane 16,3°), avec des extrêmes à 12,2 et 19,4°C.
Les graphiques suivants montrent les résultats des enquêtes. La première valeur est collectée avant le début de l’expérience. Les suivantes pendant l’expérience :
La perception de l’ambiance a peu varié au fil du temps (- 3 = très froid, 3 = très chaud) : la médiane reste autour de la valeur neutre 0. Il est par contre intéressant de remarquer une légère élévation de l’appréciation (valeurs plus positives) avec le temps, alors que la température dans la classe diminue, étant de 18°, 18,2°, 15,4°, 15,9° et 16,7° respectivement au moment des différents votes. Signe d’une habituation ?
Satisfaction (1 = très insatisfait, 6 = très satisfait) : extrêmement stable au fil du temps. Une légère tendance à l’amélioration malgré tout.
Habillement : Pas d’évolution notable. A noter cependant que ce calcul ne tient pas compte de l’utilisation des plaids et bouillotes …
Fin décembre, un debriefing est fait avec les enfants. Les différents dispositifs ont été discutés. Il ne ressort que :
• Les tables chauffants ont eu plus de succès qu’en P6A. Probablement parce que la température est plus basse ici.
Le panneau chauffant par contre n’a pas été fort apprécié. Sa position semble avoir été inadéquate : pas assez bien orienté vers le fauteuil qui le jouxte pour profiter du rayonnement.
La collation chaude a autant de succès qu’en P6B. Ici aussi, chaque enfant a son bol attitré.
Les plaids et bouillotes font l’unanimité également. Peu de conflits de partagé sont signalés par les enfants. Quelques frustrations face à l’impression que ce sont tout le temps les même qui en profitent, ou lorsque le bouillotte que l’on met à charger est prise par quelqu’un d’autre. Mais aucun conflit n’a requis l’intervention de l’animateur.
Enfin, à la question « de prolonger l’expérience ou de revenir à la situation initiale ? », il y a eu unanimité pour continuer cette nouvelle façon de fonctionner en classe.
Etape 7 : Bilan énergétique
Les deux section précédentes montrent qu’il a été possible d’avoir un réel abaissement de températures tout en maintenant la satisfaction des enfants et animateurs dans ces deux classes.
ais quel est le bilan énergétique ?
Du côté des économies, si nous partons sur :
Une consommation de référence de l’école de 87 kWh/m2an.
Une réduction de température minimale de 1,5°, constatée en comparant les médianes avant et après expérience.
Une réduction de température maximale estimée en considérant une température de référence de 20°C, et un abaissement 3,5°C (températures médiane de 16,3 observée en P6A).
Un impact sur les consommation supposé à 10 % de réduction par degré en moins.
Nous arrivons à une économie potentielle variant entre 13 et 30 kWh/m2an, soit, pour des classes de 50m2 environ, un bénéfice possible entre 650 et 1 500 kWh/an par classe.
Du côté des consommations, qu’en est-il ? Il n’a pas été possible de mesurer la consommation réelle des dispositifs chauffants installés (défaillance des mouchards installés). Mais évaluons ici leur consommation maximale :
Les bouillotes utilisées ont une charge de 0,4kWh. Nous en avons proposé 5 par classes. Considérons qu’elles sont utilisées de novembre à mars inclus, soit 18 semaines (hors congés), ou 90 jours. Cela nous fait au maximum un total de 90 jours * 5 bouillotes * 0,44 kWh = 198 kWh au maximum par classe. Une hypothèse plus réaliste, considérant que certains jours les bouillotes ne seront pas toutes utilisées et que la classe n’est parfois pas occupées (activités délocalisées,…) nous semble être 75 % de cette valeur, soit 150 kWh.
Les kotatsu n’ont été appréciés que dans une des classes. Faisons néanmoins le calcul « au pire ». Après une charge à 150 W, l’appel de puissance du matériel choisi se stabilise autour de 140 W. En comptant un usage maximaliste de 4 cycles de 3 h par semaine, 18 semaines, et deux appareils par classe, nous arrivons à 3*4*18*2*0,14 = 605 kWh/classe. Ici aussi, une hypothèse plus réaliste peut-être de considérer 75 % de cette valeur.
Le panneau chauffant n’ayant pas convaincu, nous ne le comptons pas ici.
Nous arrivons à une estimation de consommation entre 602 et 802 kWh/classe.
Le résultat est donc clair : malgré une consommation d’électricité non négligeable des équipements fournis (avec ici un calcul maximaliste !), le bilan en énergie finale est positif. Et ceci dans une école ayant déjà fait l’objet de certains travaux d’isolation. Ce résultat positif est cependant moins évident si l’on fait des conversions en énergie primaire ou en euros, car le transfert de consommations du gaz vers l’électricité sera défavorable aux équipements électriques … Sauf à considérer une production d’électricité renouvelable sur le site de l’école. Il est donc difficile à ce stade de présenter l’approche Slowheat en classe comme une évidence pour des économies financières. Une analyse plus fine des consommations réelles des équipements électrique doit être réalisée pour cela.
Piste pour de futures expériences : il semble que les kotatsus ont une consommation d’énergie importante, largement plus grande que celle des bouillotes, pour un résultat moins évident. De futures expériences gagneront donc à miser plus sur les bouillotes, ou à brider l’utilisation des kotatsus. Ainsi, chaque kotatsu consomme, selon nos hypothèses, autant que 7 à 8 bouillotes !
Via le témoignage de Tanguy Boucquey, responsable du bureau d’études Bâtiment Energie à Ottignies LLN, les 3 systèmes de ventilation expliqués aux responsables énergie.
PME spécialisée dans l’isolation des toitures et la pose de panneaux PV.
Bâtiment tout juste terminé et occupé.
partie administrative sur deux étages (rez+1) et d’un hall de fabrication :
La partie administrative s’approche du standard
Chauffage sur l’air avec by-pass d’été et chauffage électrique complémentaire
Le hall de production n’est pas particulièrement performant.
Le hall n’est pas chauffé. Seul l’air extrait à partir de la VMC est « balancé » dans l’atelier.
Conclusions de la visite
Surchauffe possible sans screen.
Résultat du Monitoring:
Les températures Nord et Sud du paysager sont assez proches. Cependant, cela reste relativement chaud ;
Le déphasage des températures internes par rapport aux températures externes est important (inertie ?)
Key points:
En hiver ils ont relativement chauds et les occupants sont habillés légèrement
Baisser la consigne
S’habiller plus chaudement pour l’hiver
réduction des consommations
Acoustique moyenne
Chauffage sur l’air semble parfois humide
Trop nouveau bâtiment? à surveiller
Grosses difficultés à la relance ! [CFR courbe]
By-pass d’été insuffisant si >3 jours « chauds », il commence à faire trop chaud. Malgré tout, les plaintes sont limitées (fierté du nouveau bâtiment? Pression hiérarchie? Fenêtres proches rendent acceptable?)
By-pass fonctionnel? Cfr températures au nord ! Inversé?
Screen placé? Probable que oui vu proximité SUD et absence de pics
« Bon lissage des températures » rapporté
Déphasage semble quand même efficace? Quid du monitoring? Consolider !
Hall de fabrication: uniquement appoint gaz manuel, mais satisfaisant !
Conso?!
La gestion du chauffage est manuelle partoutdonc il se lance toujours trop tard
satisfaits néanmoins !
Dans le hall les possibilités d’aérer, rafraichir sont limitées à la porte et l’exutoire de fumée.
Prévoir autre chose qu’une porte pour l’admission d’air?
La VMC tourne dans la salle de réunion vide, en continu
Bruit!
Conso inutile?
La VMC tourne malgré les fenêtres ouvertes
probablement le cas une large partie du temps en été vu les T° !
Conso ?
Rendre débrayable? Auto/manuel
Plus important d’avoir un bâtiment qui fonctionne puis qui consomme peu plutôt qu’un bâtiment technologiquement à jour ou esthétiquement intéressant.
Les occupants trouvent qu’il fait généralement trop froid en hiver et qu’ils manquent de contrôle sur la température.
Selon certains utilisateurs, le taux de renouvellement de l’air est insuffisant. Aux yeux de ces occupants : ceci est rendu difficilement supportable par l’utilisation de produits de nettoyage industriel. Ils ont cependant la possibilité d’ouvrir les fenêtres.
Les occupants sont parfois incommodés par les odeurs provenant des toilettes !
ÉTÉ
Trop chaud en été
Bureau +1
HIVER
En hiver, il fait trop froid et aucune possibilité de contrôle. Ils ont dû ajouter un petit radiateur électrique et malgré cela ils sont parfois obligés de rentrer à la maison.
Ils entendent énormément les bruits dans tous les bureaux.
vue sur la route et sur un toit
Beaucoup d’odeurs dans le bâtiment (toilettes, cuisine..)
ÉTÉ
en été, trop chaud
Enquête sur la saison froide et la production de chaleur
Les utilisateurs du bâtiment rapportent qu’il fait froid à légèrement froid quand le chauffage fonctionne tandis qu’il fait froid à très froid en cas de dysfonctionnement. Des dysfonctionnements auraient « souvent » eu lieu durant l’hiver 2019-2020.
Le froid est décrit comme plus intense le matin ; selon certains le chauffage s’activerait trop tardivement. Ceci est d’autant plus flagrant le lundi après un weekend sans chauffage. Un commentaire suggère que le chauffage se coupe également trop tard.
Ils précisent que le chauffage est « souvent » inactif alors même qu’ils souhaiteraient bénéficier de chaleur.
Un utilisateur rapporte ne pas savoir quand le chauffage se déclenche ou non!
Je ne sais pas quand le chauffage se déclenche ou non! Comment je le sais?
En cas d’inconfort, un utilisateur dit avoir recours à un chauffage électrique d’appoint.
Pour le reste, si les occupants ne trouvent pas l’air produit par les émetteurs de chaleur spécialement agréable, il ne le trouve pas mauvais non plus. Ils critiquent cependant la répartition de cette chaleur dans le bâtiment. Certains jugent l’air vicié pendant la saison froide, mais précisent leur pensée en commentant que ceci doit probablement être dû à un mauvais renouvellement de l’air durant la saison froide.
Enquête sur la saison chaude et la surchauffe
Les utilisateurs relèvent avoir ni chaud, ni froid en été pour la plupart, les quelques autres ayant chaud ou légèrement chaud.
Ils relèvent toutefois ne pas savoir si un système de froid actif est présent dans le bâtiment. Le seul élément à leur disposition à leur connaissance est la possibilité d’ouvrir les fenêtres. Cette possibilité se heurte toutefois à des soucis d’acoustiques (présence de voirie à fort trafic sous les fenêtres).
Enquête sur la ventilation mécanique
Certains manipulent le système de ventilation mécanique tandis que d’autres ne savent pas comment il fonctionne.
Jema est une société de fabrication d’alimentation électrique DC moyenne et haute tension. Ce bâtiment accueille essentiellement des bureaux sur deux étages (bureaux individuels, paysagers, salles de réunion,…) et un atelier classique de montage des alimentations (magasin, salle d’essai, labo test, …). La surface au sol du volume protégé est de l’ordre de 2000 m².
Le bâtiment date de 2019 et est moyennement vitré, orienté nord/sud, sans protection solaire, car les principales baies vitrées sont orientées au nord. La partie administrative est isolée thermiquement.
Constations et rapport de la visite
À première vue, le niveau d’isolation respecte la PEB (pas plus). L’atelier ne semble pas isolé. Des lanterneaux sont présents et probablement générateurs d’inconfort lumineux et de surchauffe en été.
Les apports internes peuvent être très importants (test des alimentations sur batteries résistives, four pour cuire les isolants, cabine de peinture avec compression à pistons, …).
Vu les hauteurs dans l’atelier, la stratification de la chaleur dans l’air est probable (chauffage par convection, lanterneaux et déstratificateurs présents)
Ventilation des bureaux par un groupe double flux avec récupérateur de chaleur à plaque, by-pass d’été probablement présent ;
Chauffage de l’atelier par aérotherme gaz (pas à condensation) ;
Éclairage LED.
Confort des bureaux et de l’atelier
A priori, peu de plainte ! À voir avec l’enquête de terrain. Juste dans le bureau paysager du 1erétage nord-ouest ;
Stratification probablement présente impliquant des surconsommations des aérothermes dans l’atelier ;
Monitoring
Des sondes de température ont été placées pour une durée d’un mois dans différents locaux :
CTA pulsion avant batterie électrique ;
CTA pulsion après batterie électrique ;
CTA air neuf ;
Sous toiture (stratification) ;
Paysager 1erétage ouest ;
Bureau individuel nord.
Résultat monitoring (2 semaines fin mai 2020)
Le bureau du Directeur est au nord correct. Par contre, le paysager + 1 SO est en permanence en surchauffe ;
Sauf erreur, il n’y a pas de by-pass d’été ou, s’il est présent, il n’a pas l’air de fonctionner. Ce qui signifie que l’air pulsé est réchauffé par l’air extrait chaud. Pour autant que le débit d’air hygiénique du paysager SO soit important, il contribue fortement à réchauffer l’air pulsé. C’est, peut-être une des raisons de la surchauffe du paysager (en plus de l’absence de protection solaire externe.
On voit bien l’effet de stratification, mais aussi l’influence des essais de charge résistive de nuit ;
…
Enquête généraliste
Paysager du premier étage
Hiver
Été
Les utilisateurs ont commenté ces résultats suivants :
En hiver il fait généralement bon à trop chaud (différence marquée quand on sort à la fin de la journée), surtout en cas de fort ensoleillement ce qui provoque un sentiment de fatigue et manque de concentration.
En été cela s’empire: pas de possibilité d’évacuer la chaleur en été. (Système de ventilation avec échangeur NON DEBREYABLE.) Pas de fenêtre ouvrable. Aucun réglage vers le bas possible en été. La zone reste très chaude même après une nuit fraîche.
Seule solution de fortune pour rafraichir l’ambiance et été : « […] léger rafraîchissement par ouverture de la porte du local informatique climatisé comme solution de fortune »
En période de chauffe, il y a parfois un conflit entre les vannes thermostatiques et le thermostat centralisé. Génération de vannes variable sur le réseau : « Vanne thermostatique des radiateurs -> très XXème. Régulation de la température avec vanne électronique directement sur le départ près de la chaudière -> trop XXIème?? »
Le côté Nord est entièrement vitré est très lumineux et possibilité d’utiliser des stores manuels pour éviter l’éblouissement.
Éclairage artificiel ON/OFF bon, mais qui pourrait-être moins intense compte tenu de la luminosité plus faible des écrans.
La qualité de l’air en hiver n’est pas bonne, mais quand même plus acceptable qu’en été où là elle est médiocre à « Horrible, sensation que l’air n’est pas renouvelé. Pas de sensation de fraicheur le matin même s’il a fait frais la nuit. Sensation d’air vicié dès le matin. »
Le non-renouvellement de l’air est parfois clairement perceptible et aucun contrôle possible dans la pièce, en tous les cas : aucune idée des possibilités.
L’acoustique est celle d’un paysager -> le voisin râle, tout le monde est au courant. Ils souhaiteraient disposer de moyen pour s’extraire de ces nuisances sonores.
Dans les bureaux individuels au Nord
HIVER
ÉTÉ
Les occupants ont parfois froid en hiver, mais jugent par ailleurs que le radiateur fonctionne bien
Les occupants sont contents de la taille des fenêtres, mais jugent qu’il y a peu de lumière naturelle à cause de l’orientation ; stores présents, mais inutiles. Ceci semble toutefois compensé par un bon éclairageartificiel qui n’est tout de fois pas réglable.
Le double flux ne fonctionne pas de manière optimale, l’air est souvent lourd et parfois pas neutre en termes d’odeurs.
L’acoustique est jugée de « bonne » à Mauvaise. Pour certains il est difficile de rester concentré quand d’autres personnes sont occupées à téléphoner ou discutent entre eux. Certains ont cependant la possibilité de fermer leur porte.
Concernant les vues, certains occupants se plaignent d’être dos à la fenêtre.
En été les températures restent généralement agréables grâce à l’orientation, mais quand les températures extérieures dépassent les 25-30°C pendant plusieurs jours la surchauffe est également présente. Quand les températures montent trop, ils ouvrent les portes, pour créer un léger courant d’air.
Dans les bureaux Ouest
Enquête : Le cas du lanterneau
Cette zone regroupe beaucoup d’équipements électriques, souvent des installations en test de haute puissance ce qui fait bien augmenter la température et surtout pendant les périodes plus chaudes.
Les impressions de la visite sont partiellement confirmées : les températures sont très insatisfaisantes comme attendu, néanmoins la lumière très présente satisfait plutôt les occupants. Il n’y fait pas tellement froid en hiver, car il y a un chauffage à air pulsé (impact sur la consommation à étudier), mais par contre en été il fait très chaud. D’autres notent l’absence d’extraction des puissances dissipées par les machines et lors des tests.
Enquête sur la saison froide et la production de chaleur
Dans le paysager tout semble être ok tandis que dans les bureaux au nord certains bureaux peuvent vite devenir trop chauds. Ce qui induit une surconsommation inutile et un inconfort assez paradoxal en saison froide. Le paysage peut toutefois devenir très froid après plusieurs jours sans chauffage (congés, fermeture annuelle…)
La chaleur est majoritairement ressentie comme agréable. Dans les bureaux au nord cette chaleur peut parfois se faire lourde et non homogène. Dans le paysager, les occupants jugent quasi unanimement que la température est trop variable d’un endroit à l’autre. Probablement en raison de la taille de l’espace, souligne un occupant.
Concernant la programmation de la chauffe, peu de plaintes, certains allument et ferment leur vanne thermostatique en fonction de leur présence dans les petits bureaux. Dans le paysager par contre, certains employés qui arrivent tôt (avant 9h30) trouvent que le système se lance trop tard.
Enquête sur la saison chaude et le refroidissement
Malgré des réponses légèrement différentes, le bâtiment ne dispose pas à proprement parlé d’un système de refroidissement actif. Certains ont néanmoins pensé qu’il est simplement peu ou pas efficace quand il fait trop chaud.
Toujours est-il que la sensation de chaleur en été est aigüe et dépend fort des emplacements dans le bâtiment
±80% des occupants estiment n’avoir aucun moyen d’influencer la température à la baisse en cas de surchauffe. Les ±20% restant disent avoir partiellement des moyens d’agir, citant notamment : la possibilité de fermer les rideaux durant la pause midi, la possibilité de générer des faibles courants d’air internes ou encore d’ouvrir la porte-fenêtre de la cafeteria qui aurait un impact sur les bureaux nord.
Le refroidissement fictif ressentit ou le froid généré avec des systèmes D génère chez les occupants une sensation de mauvaise répartition et d’air de mauvaise qualité probablement liée à la chaleur et l’impossibilité d’ouvrir les fenêtres.
Enquête sur la qualité de l’air
Comme évoqué auparavant, le caractère frais ou vicié de l’air partage les occupants. L’air semble être moins frais dans le paysager. L’impossibilité d’ouvrir les fenêtres pour aérer participe à cette sensation. La distance à la fenêtre ouvrante la plus proche est bien trop importante :
Les mauvaises odeurs ne semblent toucher qu’un bureau nord. L’occupant évoque le double flux comme origine.
L’air est parfois un peu sec en hiver et un peu humide en été dans le paysager, mais rien de rédhibitoire pour les occupants.
Ventilation mécanique
Certains pensent qu’il n’y a pas de ventilation mécanique, qu’on ne sait pas la régler ou encore qu’ils ne savent pas s’en servir, alors qu’une personne dit savoir la régler.
Le fait d’ouvrir les fenêtres ou des portes vers l’extérieur alors que le système fonctionne est justifié par les occupants par une recherche de fraicheur. « À défaut d’un refroidissement suffisant, on ouvre la porte-fenêtre de la cafétéria. »
Au final, seuls 40% des répondants disent comprendre l’intérêt et le fonctionnement général du système. :
« Il devrait être possible de pulser de l’air direct non réchauffé en été. Une aération naturelle serait utile. »
« Dans le principe, oui; dans la pratique, non. »
« oui et non; je comprends l’intérêt du système, mais je suis incapable de le régler moi-même mes collègues s’en chargent »
« En hiver cela semble fonctionner correctement, mais insuffisant pendant les journées chaudes. »
Enquête sur les autres aspects de la vie dans le bâtiment
Les occupants répondants ont également donné une importance élevée à tous ces sujets (important à extrêmement important) mis à part le sujet de la rénovation.
Biion est une société qui réalise le monitoring et l’instrumentation des processus d’entreprise. La surface au sol du volume protégé est de l’ordre de 1600 m².
Le bâtiment est très récent, il date de 2019. Il est moyennement vitré et se présente sous la forme d’une géométrie composée de modules orthogonaux décalés et décrochés les uns des autres. Ceci signifie que le bâtiment n’est pas franchement orienté vers un côté ou l’autre. Cependant, les principales façades vitrées des bureaux sont plutôt orientées sud-est/sud-ouest et nord-est.
Les fenêtres sont sans protection solaire. La partie administrative est isolée thermiquement.
Problématiques potentielles
Un lanterneau est présent au niveau de la cage d’escalier du bloc administratif devant occasionner beaucoup d’inconfort lumineux et de surchauffe en été. Le jour de la visite, la lumière, à ce niveau,
était très aveuglante et la surchauffe perceptible.
Au niveau des techniques spéciales :
Climatisation VRV dans la partie administrative (4 unités externe (33.5kWfr/18.4 kWch par unité) et cassettes 3 tubes dans chaque bureau et salle de réunion ;
Ventilation des bureaux par un groupe double flux Swegon avec roue de récupération de chaleur, by-pass d’été ? ;
Chauffage de l’atelier : inconnu
Éclairage LED. Avec détection de présence/absence (à déterminer) ;
Retours informels des occupants sur place.
Pas beaucoup de retours dans un premier temps. L’atelier n’a pas pu été visité.
D’un point de vue de l’enquête A&C, il serait peut-être intéressant de connaitre le ressenti des occupants avec un système climatisation en chaud/froid.
Monitoring
Mesures effectuées
Des sondes de température ont été placées pour une d’environ deux semaines dans différents locaux :
Paysager 1erétage SO ;
Sous lanterneau de l’escalier ;
Salle de réunion NE ;
Sous toiture (stratification) ;
Paysager rez-de-chaussée SO ;
Extérieur sur la terrasse NE.
Résultats
Conclusions du monitoring
Le système de climatisation VRV tourne à plein régime, car les températures restent relativement constantes ;
Les températures sont fortement constantes : les occupants utilisent-ils les fenêtres ? ajustent-ils le thermostat à leur confort ?
Le paysager +1SO est plus chaud que le paysager RDC SO (delta de l’ordre de 3°C). Si la puissance de climatisation est identique, il se peut que ce soit l’influence de la toiture, car l’occupation pendant le confinement était très faible dans ces bureaux. Mais difficile d’en conclure vraiment quelque chose !
Sous le lanterneau, c’est carrément le four et un inconfort lumineux majeur.
Suivi proposé
Analyse générale sommaire de routine
Analyse du confort thermique dans les locaux équipés de climatisation (degré de liberté d’action par rapport à la plage de variation en + et -, ouverture de fenêtre).
Analyse du confort visuel sous le lanterneau + comparaison avec la mesure d’un luxmètre.
Analyse des consommations électriques. Laisser varier un peu plus les températures dans le paysager permettrait de consommer moins.
Analyser le taux d’occupation de la salle de réunion : faut-il la climatiser en continu ?
L’institut scolaire de La Providence de Herve a mis en place un nouveau bâtiment équipé de systèmes de ventilation double flux avec récupération de chaleur.
Nous avons passé sous la loupe les nouvelles installations avec l’aide des différentes personnes concernées, occupants et spécialistes. La régulation simultanée de la température et du taux de CO2 pose problème…
Vous découvrirez dans la vidéo ci-dessous les résultats de notre enquête et les leçons à tirer pour un futur éventuel projet. Suivant les locaux (classes, salle de réfectoire, …), des solutions différentes apparaissent.
Afin d’aller plus loin dans votre démarche de sensibilisation et en particulier dans les écoles, nous vous avons compilé les sites de références en la matière :
Comment éviter les ponts thermiques dans l’enveloppe d’une école rénovée ?
L’école de Bütgenbach après les travaux (Source MATRICIEL).
Une école à Bütgenbach a été complètement transformée entre 2013 et 2015. Les travaux ont été réalisés dans le cadre de l’action Bâtiment Exemplaire en Wallonie. Toutes les mesures raisonnables ont été prises pour rendre ce bâtiment le plus performant possible en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie.
L’enveloppe a donc été particulièrement bien isolée. Les techniques d’isolation d’un bâtiment existant sont souvent complexes et les raccords entre les parois délicats à réaliser. Comment ces nœuds constructifs ont-ils été conçus pour réduire les risques de ponts thermiques
Introduction
En 2013, il a été décidé de rénover une partie des bâtiments de l’école de Bütgenbach devenus vétustes et d’y adjoindre une salle de sport. Un des bâtiments existants sera, quant à lui, transformé en ferme didactique. Le projet a été confié au bureau des architectes associés Damien Franzen, Olivier Henz, Eddy Wertzet Madeline Demoustier– FHW.
A l’école communale fondamentale existante, a été intégrée une école spéciale d’un village voisin.
La Région germanophone de Belgique a en effet décidé de mettre ainsi en pratique la pédagogie d’inclusion des enfants handicapés. Terminée, l’école accueillera 350 enfants.
Le maître de l’ouvrage a la volonté que les bâtiments neufs et rénovés répondent au standard passif, c’est-à-dire que le besoin en chauffage soit inférieur à 15 kWh/m².an et que l’étanchéité à l’air atteigne un niveau n50 ≤ 0.6 vol/h. Pour cela, il est indispensable d’isoler thermiquement les parois extérieures et de rendre celles-ci le plus étanche possible à l’air. Si pour les bâtiments neufs cela ne pose généralement pas de problème, c’est par contre beaucoup plus difficile en rénovation à cause de la nécessité d’adapter les solutions techniques à la configuration des éléments existants conservés notamment à l’endroit des raccords et liaisons.
Le bâtiment
L’organisation intérieure des locaux a été complètement revue pour que les classes anciennement orientées vers la cour de récréation bruyante soient réorientées vers d’autres directions.
Un nouveau volume annexe, situé entre la cours de récréation et les deux bâtiments principaux, liaisonne ces deux ci tout en donnant accès aux différents locaux.
Une nouvelle salle de sport est construite de l’autre côté de la cours de récréation de manière à former avec les bâtiments de classes un U autour de la cour de récréation.
Les locaux ont également été adaptés pour répondre à certaines exigences liées aux caractéristiques d’une école spéciale dans le domaine thérapeutique (kinésithérapie, ergothérapie, logopédie, …)
Situation existante.
A : Cour de récréation
Bâtiment de classes à transformer
Bâtiment de classes à transformer
Bâtiment RTG à transformer en ferme didactique
Bâtiment RTG à démolir
Restaurant à conserver
Centre PMS à conserver
Avant les travaux – la cour de récréation et les bâtiments 1 et 2 (source : FHW)Avant les travaux – le bâtiment 3 (RTG), future ferme didactique. (source : FHW)Maquette du projet (source arch. FHW).
A : Cour de récréation
Bâtiment de classes transformé
Bâtiment de classes transformé
S : Nouvelle salle de sport
L : Nouvelle liaison entre les bâtiments de classes
La ferme didactique n’est pas visible
Plan du rez-de-chaussée.
En bleu : Existant transformé
En rouge : Parties neuves
Les différents modes d’isolation prévus
Les techniques d’isolation ont dû être adaptées à chaque cas particulier. Etant donné qu’il s’agit d’une rénovation comprenant des bâtiments existants de types différents et des parties totalement neuves, le nombre de solutions adoptées est très élevé. Ainsi, on compte 13 compositions de toitures différentes, 18 compositions de murs et 8 compositions de planchers inférieurs.
Nous allons seulement en étudier une partie, les plus significatives en surface. Dans tous les cas, les performances atteintes en matière d’isolation sont très élevées.
1. Isolation par l’extérieur de façade existante à l’aide de 30 cm de mousse de polystyrène expansé recouverte d’un crépi (850 m²)
2. Isolation par l’extérieur de façade existante à l’aide de 16 cm de mousse de polyuréthane en deux couches croisées dans des structures en bois recouvertes d’un bardage en ardoises artificielles (530 m²)
Isolation par l’extérieur couverte d’un bardage.
Mur existant
Montants 60 x 100
10 cm de mousse de polyuréthane entre montants en bois
6 cm de mousse de polyuréthane en continu
Lattage vertical 24 x 48
Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en ardoises artificielles
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.La façade existante.La façade durant les travaux.La façade isolée terminée.
3. Isolation par l’extérieur de façade existante par placement d’une contre-paroi à ossature bois remplie de 36 ou 40 cm de flocons de cellulose qui ferme également les baies existantes non conservées. (200 m²)
Mur rideau à ossature bois.
Panneau intérieur en OSB
Montants d’ossature en bois 360 mm en forme de I
36 cm de cellulose insufflée entre montants en bois
Panneau extérieur en OSB
Lattage vertical 24 x 48
Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en ardoises artificielles
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.
La façade avant les travaux.La pose des caissons.La façade isolée terminée.
4. Isolation par l’extérieur de nouvelle façade en pré-mur de béton de la salle de sport à l’aide de 20 cm de mousse de polyuréthane en deux couches croisées dans des structures en bois recouvertes d’un bardage en plaques de fibre-ciment (400 m²)
Isolation par l’extérieur couverte d’un bardage.
Nouveau mur en béton coulé entre pré-murs
Montants 60 x 100
10 cm de mousse d polyuréthane entre montants en bois
10 cm de mousse de polyuréthane en continu
Lattage vertical 24 x 48
Lattage horizontal 24 x 48 et bardage en panneau fibro-ciment
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.Pré-murs de la salle de sport.
50 cm de mousse de polyuréthane projetée ou de flocons de cellulose
a Plancher des combles existant en béton armé
b Entraits de charpente existante avec plaques de plâtres
Faux-plafond acoustique
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB (cas de gauche).
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB (Cas de droite).
6. Nouvelle toiture plate sur la salle de sport comprenant deux couches isolantes 18 cm de mousse résolique en toiture chaude et 18 cm de flocons de cellulose sous le support en panneau de bois (450 m²)
Isolation de la nouvelle toiture plate du hall de sport.
Lestage gravier 5 cm
Etanchéité souple EPDM
18 cm de mousse résolique
Panneau support en OSB
Gitage entre poutres en bois lamellé collé
18 cm de cellulose insufflée entre gites
Freine vapeur à µ variable
Lattage
Plafond
Poutre en bois lamellé collé
Calcul du coefficient de transmission thermique U à l’aide du logiciel PEB.
Plafond de la salle de sport.
Comment ont été réalisés les raccords des surfaces isolées avec les éléments contigus ?
Voici quelques détails techniques qui montrent que le principe de continuité de la couche isolante a été respecté. Tous ces nœuds constructifs sont PEB conformes et sont pris en compte dans l’augmentation forfaire de trois points du niveau K.
Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et un châssis existant conservé
Enlèvement du seuil en pierre existant
Pose d’un nouveau seuil en aluminium avec isolant sous-jacent en contact avec le châssis conservé
Isolation du mur existant par l’extérieur
Crépis sur l’isolant
Raccord châssis existant avec nouvel isolant crépi – vue en coupe (source Arch. FHW).
Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et un nouveau châssis
Enlèvement du châssis existant
Pose d’un nouveau châssis en contact avec le nouvel isolant
Isolation du mur existant par l’extérieur
Crépis sur l’isolant
Ragréage du plafonnage intérieur et pose de l’étanchéité à l’air
Raccord nouveau châssis avec nouvel isolant crépi –vue en coupe (source Arch. FHW).
Angle de murs isolés par l’extérieur avec bardage et descente d’eau pluviale encastrée
Enlèvement du parement en pierre naturelle
Pose d’une première ossature en bois d’une épaisseur de 10 cm
Pose de l’isolant en mousse de polyuréthane entre les montants en bois
Pose d’une deuxième couche continue de 6 cm de mousse de polyuréthane sauf à l’endroit de la descente d’eau pluviale
Contrelattes fixées à travers la deuxième couche d’isolant aux montants de la première couche
Lattage horizontal fixé aux contrelattes
Bardage en ardoises artificielles
Angle isolé par l’extérieur avec bardage et descente d’eau pluviale encastrée – vue en plan (source Arch. FHW).
Raccord de mur isolé par l’extérieur avec un nouveau châssis
Enlèvement du châssis existant
Enlèvement du parement en pierre naturelle
Pose du nouveau châssis en contact avec les ossatures isolantes
Isolation du mur existant par pose de mousse de polyuréthane entre montants en bois
Pose d’une deuxième couche continue de 6 cm de mousse de polyuréthane
Contrelattes fixées à travers la deuxième couche d’isolant aux montants de la première couche
Lattage horizontal fixé aux contrelattes
Bardage en ardoises artificielles
Ragréage du plafonnage intérieur et pose de l’étanchéité à l’air
Raccord nouveau châssis avec nouvel isolant sous bardage – vue en plan (source Arch. FHW).
Raccord entre le mur isolé par pose d’un crépi sur isolant et la toiture en pente existante
Enlèvement de la gouttière existante
Fixation d’une nouvelle échelle de corniche sous la corniche en béton existante
Pose d’un nouveau support pour couverture en zinc en bas de versant
Pose de la nouvelle couverture en zinc en bas de versant
Pose d’une nouvelle gouttière en zinc
Pose d’isolant dans la nouvelle échelle de corniche et sous la nouvelle couverture en zinc
Raccord de l’isolant sous corniche avec le nouvel isolant à crépir de la façade
Pose d’une plaque en fibro-ciment pour parachèvement du dessous de la corniche
Pose de 50 cm d’isolant sur le plancher des combles avec remontée le long de la poutre de rive
Remplissage d’isolant entre l’ancienne corniche en béton et la sous-toiture existante.
Raccord toiture existante avec façade existante – vue en coupe (source Arch. FHW).
Raccord entre une nouvelle façade à ossature bois et un nouveau châssis coulissant avancé
Enlèvement du châssis existant et du seuil en pierre
Enlèvement du parement en pierre naturelle
Pose de la nouvelle façade légère en caissons bois préfabriqués
Pose d’isolant entre les caissons et la structure en béton
Pose du nouveau châssis coulissant avec son seuil à l’avant de la nouvelle façade
Finitions intérieures y compris étanchéité à l’air
Pose du bardage avec les lattages devant les caissons
Raccord façade à ossature bois avec châssis avancé – vue en coupe (source Arch. FHW).
Raccord entre une nouvelle façade à ossature bois et un nouveau châssis en retrait
Enlèvement du châssis existant et du seuil en pierre
Enlèvement du parement en pierre naturelle
Pose de la nouvelle façade légère en caissons bois préfabriqués
Pose d’isolant entre les caissons et la structure en béton
Pose du nouveau châssis coulissant avec son seuil à l’avant de la nouvelle façade
Finitions intérieures y compris étanchéité à l’air
Pose du bardage avec les lattages devant les caissons
Pose d’une plaque de finition sous le linteau de la façade légère
Raccord façade à ossature bois avec châssis en retrait – vue en coupe (source Arch. FHW).
Raccord entre la nouvelle toiture plate et la nouvelle façade du hall de sport
Ces deux éléments étant neufs la continuité de la couche isolante ne pose pas de problème.
Raccord entre la toiture plate et la façade du hall de sport (source Arch. FHW).
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par les auteurs du projet, les architectes associés Damien Franzen, Olivier Henz, Eddy Wertz et Madeline Demoustier (FHW) dans le cadre du concours Bâtiment exemplaire Wallonie.
Nous avons également consulté l’expert nommé par la Région wallonne pour vérifier les travaux : MATRIciel. Notre interlocuteur fut Monsieur Thomas Leclercq.
En 2021, toutes les nouvelles constructions wallonnes seront devront respecter le standard Q-ZEN. Pour les bâtiments publics ce sera déjà le cas dès janvier 2019 !
Dans le cadre de ce nouveau pas réglementaire vers des bâtiments plus performants, l’équipe d’énergie plus s’est posé une série de question : qu’est-ce qu’un bâtiment Q-ZEN ? À quoi ressemble-t-il ? Embarque-t-il nécessairement du renouvelable ? Implique-t-il nécessairement un surcoût sur les techniques ? Quelle performance doit atteindre l’enveloppe ? Peut-on être Q-ZEN simplement en isolant mieux ? Le triple vitrage : nécessité ou coquetterie ?
Pour répondre à cette série de questions et bien d’autres encore, nous avons encodé 162 fichiers .PEB selon des règles bien définies (voir méthode ou hypothèses, ci-dessous).
Les résultats ou « scores » PEB bruts de ces 162 bâtiments sont ensuite passés à la loupe pour y déceler les clés de conception d’un bâtiment Q-ZEN !
Méthode
La méthode mise en œuvre s’articule en 6 étapes clés :
Récupérer des fichiers PEB réels :
De cette manière, les dimensions, les orientations, les ombrages, les géométries… seront ancrées dans le réel. L’utilisation de plusieurs fichiers PEB de base assure une certaine variabilité et représentativité des résultats.
Faire varier le niveau d’isolation des bâtiments selon 3 scenarii :
En faisant cela, nous triplons la quantité de fichiers PEB et nous pouvons juger de l’intérêt d’en améliorer les performances pour atteindre ou dépasser le niveau Q-ZEN.
Faire varier les options techniques et renouvelables du projet selon 6 scénarii :
L’utilisation de 6 scénarii différents pour les techniques et le renouvelable, bien que limité (il existe une infinité de combinaisons en réalité), permet de jauger du niveau de performance nécessaire à l’obtention de l’étiquette « Q-ZEN ». Ceci permettra de comparer, par exemple, un bâtiment mal isolé avec des techniques performantes avec ce même bâtiment bien isolé avec des techniques plus classiques.
Encoder les 162 fichiers .PEB obtenus via les étapes précédentes.
Afficher les résultats bruts triés par scénario d’isolation et options techniques
Analyser les résultats et tirer les stratégies générales pour la conception d’un bâtiment respectant les exigences Q-ZEN.
Échantillon
Les fichiers .PEB de base sont issus des 8 bâtiments de bureau et un édifice de formation. Ces bâtiments sont de dimensions très variables, ils ont des niveaux K et EW répondant aux standards Q-ZEN.
Fonction
Superficie
Niveau K
Niveau EW
Bâtiment 1
Bureau
≈ 750 m²
32
45
Bâtiment 2
Bureau
≈ 7000 m²
29
45
Bâtiment 3
Bureau
≈ 300 m²
18
36
Bâtiment 4
Bureau
≈ 4 900 m²
21
29
Bâtiment 5
Bureau
≈ 100 m²
11
32
Bâtiment 6
Enseignement
≈ 1 500 m²
15
28
Bâtiment 7
Bureau
≈ 14 000 m²
28
22
Bâtiment 8
Bureau
≈ 600 m²
22
19
Bâtiment 9
Bureau
≈ 3 400 m²
18
16
La sélection de l’échantillon a été réalisé de manière à couvrir un maximum de superficies, de niveaux EW et K.
Hypothèses
Hypothèses pour les niveau d’isolation
3 hypothèses sont prises en compte. Les niveaux sont les suivants :
Ceci correspond à :
Niveau d’isolation « faible » :
15 cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Double vitrage performant
Niveau d’isolation « moyen » :
18cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Double vitrage extrêmement performant ou triple vitrage classique
Niveau d’isolation « bon » :
24cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Triple vitrage à haut rendement
Pour les façades légères :
le niveau d’isolation « faible » = 2W/m².K (respect de l’exigence)
et les niveaux « moyen » et « bon » sont les mêmes que pour les fenêtres.
Hypothèses pour les options techniques et renouvelable
6 scénarii sont évalués :
1. Installation de base (IB)
On conserve pour ce scénario tout ce qui est encodé dans le bâtiment de référence sauf que :
La production de chaleur devient une « simple » chaudière à eau à condensation
Vecteur
Où ?
Maint. T°
Rend 30%
T° retour
Veilleuse
Gaz nat
vol.prot
Non
108%
30
Non
Le refroidissement est réalisé « par une machine frigorifique à compression ».
Vecteur
Vecteur CoP EER
Electricité
2,75
Le renouvelable est supprimé
2. IB + Géocooling
On part de l’installation de base sauf que :
Le refroidissement est réalisé « par utilisation directe du froid (géocooling) ».
Transport
Par air
3. IB + PAC
On part de l’installation de base sauf que :
La production de chaleur est réalisée via une PAC :
Type
Resist Th.
Source Ch
fluide
COPtest
T°dep
Electrique
Non
Air Nf ext
eau
4
40°C
4. IB + PAC + Géocooling
On part de l’installation de base sauf que :
Les options 2 (pour le refroidissement) et 3 (pour la production de chaleur) sont combinées.
5. IB + PV10%Ach
On part de l’installation de base sauf que :
Une surface de [Ach/10] m² de panneaux PV est installée en toiture en respectant les ombrages, orientations et inclinaisons prévues dans les projets originaux. Le cas échéant (rare) :
Orient.
Inclin.
Ombrage
SUD
35°
Non
6. IB + PAC + Géocooling + PV10%Ach
On part de l’installation de base sauf que :
Les options 2 (pour le refroidissement), 3 (pour la production de chaleur) et 5 (pour le renouvelable) sont combinées.
Résultats
Préambule
Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax engendrera le respect de l’exigence K35. Il n’y a que pour les bâtiments présentant une trop forte portion de surface vitrée ou de façade légère que le strict respect des Umax pourrait ne pas entrainer le respect du niveau K35. Ainsi, pour ces bâtiments, il faudra envisager soit de réduire la portion vitrée soit d’améliorer la performance de ces surfaces au-delà des exigences.
Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax ET de l’exigence K35 permet de respecter l’exigence EW 90 en vigueur pour toutes les parties fonctionnelles de l’unité PEN autre que le bureau et l’enseignement… Il n’y a donc que pour ces deux dernières fonctions (devant respecter un niveau EW45) que l’analyse devra être plus fine…
Précisons avant d’afficher les résultats que ces derniers sont issus de fichiers PEB encodés en détail pour ce qui concerne par exemple l’étanchéité, l’éclairage ou encore la ventilation… En effet : lorsque des moyens matériels, financiers et humains sont investis pour améliorer la performance d’un édifice au-delà du niveau Q-ZEN, il n’est raisonnablement plus admissible de céder à certaines facilités d’encodage anéantissant tous les efforts précités. Pour mémoire, l’encodage simplifié ou par défaut peut mener à une surévaluation cumulée pouvant excéder 50 points EW !
Comme autres recommandations générales, nous pouvons également suggérer une étanchéité meilleure que 2m³/(h.m²), l’utilisation d’un système D à récupération de chaleur et d’un éclairage bien étudié et régulé.
Résultats bruts
Probabilité d’être Q-ZEN, par scénario, en fonction du niveau d’isolation.
Les conclusions de cette étude se trouvent à la page Stratégies de conception Q-ZEN. Dans cette page, sur base des enseignements de cette étude, nous répondons aux questions que se posent les concepteurs au moment de concevoir un bâtiment Q-ZEN en proposant des repères et des Stratégies de conception. Les résultats sont également disponibles sous la forme d’un arbre de décision à télécharger.
Comment assurer l’étanchéité à l’air d’une habitation transformée en bureaux
Le bâtiment et ses voisins. (Source : ICEDD).
Une maison mitoyenne unifamiliale située à Mons a été transformée récemment en bureaux. Diverses techniques d’isolation ont été utilisées pour permettre au bâtiment d’atteindre un haut niveau de performances thermiques. L’étanchéité à l’air du bâtiment a un impact important sur son niveau EW. Comment a-t-elle atteint un niveau suffisant malgré les difficultés provoquées par la variété des techniques d’isolation mises en œuvre ?
Introduction
Le projet consiste en la rénovation et la transformation d’un bâtiment en vue d’y installer les bureaux d’une société spécialisée en expertise énergétique : Homeco. Le projet fut confié aux architectes associés Xavier BACHELART et Elie DELVIGNE.
Alors qu’il est plus facile lorsqu’on veut réaliser un bâtiment énergiquement performant de créer un nouveau bâtiment, le maître de l’ouvrage n’a pas hésité à utiliser un immeuble ancien existant qui, de par sa situation et ses dimensions, offre une visibilité intéressante de sa société.
En y expérimentant de nouvelles techniques dans un contexte difficile, il souhaite montrer son savoir-faire à travers ce projet exemplaire.
La façade avant est rénovée et traitée de façon à retrouver son aspect d’origine. Afin de conserver son apparence, elle est isolée par l’intérieur.
Isolation par l’intérieur de la façade avant (Source : Homeco).
Par contre la partie arrière est traitée de manière plus contemporaine. Les anciennes annexes en mauvais état sont remplacées par d’autres, plus rationnelles, tout en conservant le principe des extensions en gradins. Les nouvelles annexes sont réalisées en ossature bois isolée.
Nouvelles annexes à l’arrière cohérentes avec l’environnement (Source : Homeco).
Nous allons vérifier si le bâtiment conçu en 2013 et achevé en 2015 répond déjà aux exigences de la réglementation PEB Q-ZEN qui est d’application pour les bâtiments publics à partir du 1er janvier 2019 et à partir du 1er janvier 2021 pour les autres bâtiments.
Nous allons également passer en revue les mesures qui ont été prises pour assurer la meilleure imperméabilité à l’air de l’enveloppe du volume protégé de manière à améliorer les performances énergétiques du bâtiment.
Le bâtiment
Le bâtiment d’origine est une maison unifamiliale mitoyenne comptant au-dessus des caves, un rez-de-chaussée et deux étages ainsi qu’un grenier aménagé. Une annexe à toit plat prolongeait le rez-de-chaussée sur toute la façade arrière. A l’entresol, une salle de bain formait une deuxième annexe.
Tous les planchers existants furent enlevés et remplacés par des nouveaux. Les niveaux ont été légèrement modifiés de manière à rendre plus utilisable l’étage sous toiture tout en ne modifiant pas le volume du bâtiment principal.
Les nouveaux planchers ne porteront pas sur la façade avant afin de ne pas interrompre la continuité de l’isolant et la barrière d’étanchéité à l’air placés du côté intérieur de la façade.
Continuité de l’isolant en façade avant (Source : Homeco).
Plans du bâtiment après transformations (Source : Homeco).
Isolation de l’enveloppe
De nombreuses manières d’isoler les parois de l’enveloppe du volume protégé ont été utilisées.
Les caves ne font pas partie du volume protégé. Le plafond des caves a donc été isolé, et ce de différentes façons et principalement par projection d’une mousse de polyuréthane sur le support en béton et pose d’une chape en ciment sur l’isolant (U = 0.15 ou 0.16 W/m²K suivant les épaisseurs).
A certains endroits, cette isolation est encore renforcée par des plaques de mousse de polyuréthane (PUR) fixées sous le support en béton (U = 0.10 W/m²K).
Une petite surface de 7 m² n’est isolée que de 6 cm de mousse de polyuréthane (PUR). À cet endroit U = 0.26 W/m²K et l’exigence de la PEB Umax = 0.24 W/m²K, qui est d’application en 2021, n’est pas respectée. Il suffit néanmoins d’augmenter l’épaisseur de l’isolant de 2 cm pour qu’il n’y ait plus de problème.
Isolation complémentaire au plafond des caves (source : ICEDD).
Côté rue, la façade existante doit rester visible. Elle est isolée du côté intérieur à l’aide de panneaux en fibre de bois (U = 0.23 W/m²K). L’isolation est prolongée de 50 cm sur les murs mitoyens pour réduire les ponts thermiques.
Les nouveaux murs orientés vers le jardin, en grande partie vitrés, sont de type à ossature bois remplie de cellulose. Côté extérieur, est appliqué un enduit sur isolant. (U = 0.09 ou 0.10 W/m²K suivant les épaisseurs).
Les murs mitoyens non bâtis (= qui sont en contact avec l’air extérieur) sont en maçonnerie de briques (existant) ou en blocs de béton cellulaire collés (neuf). Dans les deux cas, ils sont doublés du côté intérieur par une ossature en bois remplie de cellulose. (U = 0.13 ou 0.17 W/m²K suivant que la maçonnerie est en brique ou en béton cellulaire).
Façade avant : isolation par l’intérieur avec retour sur le mitoyen (source : ICEDD).
Façade arrière et murs mitoyens : ossature bois isolée (source : ICEDD).
Les parois intérieures qui séparent le volume protégé des caves sont en maçonnerie de briques légère (U = 0.88 W/m²K) ou constituées d’une cloison légère doublée d’une couche de mousse de polyuréthane (U = 0.25 W/m²K). Ces deux types de parois ne respectent pas les Umax de la réglementation PEB de 2021 dont les exigences ont évolué depuis l’année de la conception du bâtiment. Les superficies concernées sont très réduites et le problème peut facilement être résolu en ajoutant un peu d’isolant.
Mur en maçonnerie légère apparent du côté cave et isolation sous l’escalier par des panneaux de mousse PUR (source : ICEDD).
Les fenêtres à haute performance thermique ont un Uw déclaré compris entre 0,91 et 0,99 W/m²K suivant leur type et leurs dimensions. Le Ug des triples vitrages est de 0.60 et 0.80 W/m²K.
L’exutoire de fumée en toiture se trouve à la limite des valeurs tolérées (Uw = 1.5 W/m²K et Ug = 1.10 W/m²K).
Il n’y a pas de protection solaire extérieure.
Les vitrages sont clairement identifiés (source : ICEDD).
La toiture inclinée est constituée d’une structure en bois dont les cavités épaisses de 30 cm sont remplies de cellulose (U = 014 W/m²K).
Les toitures plates sont également constituées d’une structure en bois dont les cavités épaisses de 24 cm sont remplies de cellulose. Au-dessus de la structure ont été placés 10 cm de mousse de polyuréthane (U = 010 W/m²K).
La toiture inclinée (source : ICEDD).
Aucune précaution n’a été prise pour isoler thermiquement la porte d’accès à la cave. (U = 2.40 W/m²K). Son remplacement ne poserait aucun problème.
Choix des installations techniques
Chauffage
Le chauffage est du type chauffage central avec transport de chaleur par eau.
La production de chaleur est assurée par une pompe à chaleur réversible air-eau de 4 kW équipée d’une résistance électrique. Son rendement est de 198 %.
Le système d’émission est constitué de radiateurs ou de convecteurs.
Le chauffage central (source : ICEDD).
Refroidissement
La production de froid est assurée par la pompe à chaleur réversible air-eau qui assure le chauffage. Son rendement en production de froid est de 234 %.
Ventilation
La ventilation est du type double flux avec échangeur de chaleur. Son débit est de 600 m³/h avec mesure continue des débits. Il a un rendement reconnu par la base de données EPBD de 82 %.
Le système de ventilation (source : ICEDD).
Éclairage
La puissance spécifique moyenne de l’éclairage artificiel est inférieure à 2 W/m² par 100 lux.
Il est équipé dans la plupart des locaux par un système de modulation automatique en fonction de l’éclairage naturel.
L’éclairage est également géré automatiquement par l’occupation des locaux. Le système assure l’extinction automatique de l’éclairage en cas d’absence dans ceux-ci.
Luminaires à faible consommation gérés automatiquement(source : ICEDD).
Étanchéité à l’air
Le niveau d’étanchéité à l’air atteint est v50 = 1 m³/hm²
Préparation de la baie pour le test blower door (Source : Homeco).
Énergie renouvelable
Des panneaux solaires photovoltaïques ont été installés sur le versant arrière de la toiture inclinée orientée au Sud – Sud-Est et sur la toiture plate de l’annexe. (4 900 Wc).
Les capteurs solaires photovoltaïques (source : ICEDD).
Respect des exigences Q-ZEN
L’analyse du bâtiment à l’aide du logiciel PEB montre que celui-ci ne répondait qu’en partie, lors de sa conception, aux exigences Q-ZEN de la réglementation qui devront être respectées en 2021. Sa mise en conformité avec cette réglementation ne pose cependant pas de problème.
Après transformation, le bâtiment a comme fonction bureaux.
Il ne comporte qu’un seul volume protégé, une seule unité PEB et une seule partie fonctionnelle.
Les conditions à respecter pour que le bâtiment respecte les exigences Q-ZEN 2021 en Région wallonne sont les suivantes :
Respecter les Umax.
Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
Ne pas dépasser le niveau EW 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.
Comme il s’agit d’une transformation, même si le bâtiment n’est pas très grand, le nombre de parois différentes est élevé.
Le tableau ci-dessous montre que cette exigence n’a pas été respectée partout.
Nom de la paroi
U (W/m²K)
(a.Ueq)
(b.Ueq)
Umax (W/m²K)
Fenêtres (les moins bonnes)
0.99
1.50
V
Vitrage fenêtres (les moins bons)
0.80
1.10
V
Fenêtre de toiture
0.91
1.50
V
Vitrage fenêtre de toiture
0.50
1.10
V
Toiture plate
0.10
0.24
V
Toiture à versant
0.14
0.24
V
Mur isolé par l’intérieur
0.23
0.24
V
Mitoyen (les moins bons)
0.17
0.24
V
Mur isolé dans la structure et par l’extérieur
0.10
0.24
V
Cloison vers cave
0.25
0.24
x
Mur vers cave isolé
0.26
0.24
x
Mur vers cave non isolé
0.88
0.24
x
Dalle sur sol
0.14
0.24
V
Dalle sur cave
0.16 et 0.10
0.24
V
Escalier sur cave
0.26
0.24
x
Porte extérieure
0.93
2.00
V
Porte intérieure
3.00
2.00
x
Lors de sa conception, le bâtiment respectait parfaitement les exigences PEB en vigueur. Celles-ci sont cependant plus sévères en 2021 avec pour conséquence que certaines ne répondent plus à celles-ci.
Il est cependant très facile de rendre le bâtiment conforme aux exigences PEB de 2021. Il aurait suffi de prévoir une épaisseur d’isolant légère plus grande pour les parois insuffisamment isolées, d’isoler la paroi non isolée et de remplacer la porte d’accès vers la cave par une porte thermiquement plus performante.
Remarque
Les surfaces concernées sont très réduites et certaines améliorations pourraient ne pas être effectuée à condition de respecter la règle des 2 % de surface de l’enveloppe pour lesquels un dépassement est toléré.
2. Respect du critère K ≤ K35
Le bâtiment répond largement à ce critère malgré les difficultés inhérentes à ce type de travaux (transformation) grâce au haut niveau moyen d’isolation des parois de l’enveloppe du volume protégé et à la bonne compacité du bâtiment (2.24 m). Le niveau K calculé est K22.
3. Respect du critère EW ≤ (90/45)
Le niveau EW calculé est de EW31 < EW45 qui est l’exigence la plus sévère pour les bâtiments non résidentiels. Le critère est donc clairement respecté à cause des bonnes performances de l’enveloppe et des équipements techniques installés. Le bon niveau d’étanchéité à l’air améliore encore les performances.
4. Respect des règles de ventilation
La ventilation du bâtiment est assurée par un système D équipé d’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.
La centrale double flux, qui se situe dans un local technique intérieur, a un rendement de 82 % et assure un débit de 600 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment.
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.
Des compteurs électriques supplémentaires ont néanmoins été placés pour mesurer :
la consommation de la pompe à chaleur ;
la consommation du groupe de ventilation hygiénique ;
la production de l’installation photovoltaïque ;
la consommation de l’éclairage.
Exemple de comptage (source : ICEDD).
L’étanchéité à l’air
Une étanchéité à l’air performante est difficile à obtenir dans un bâtiment ancien rénové à cause de la variété des types de parois présentes et des éléments conservés qui ne se prêtent pas toujours à des interventions classiques. Suivant les endroits, l’étanchéité à l’air est obtenue de différentes manières.
Les parois légères à ossature sont munies d’un freine-vapeur qui fait office de couche d’étanchéité à l’air.
Les parois monolithes (béton coulé, chape, …) sont étanches à l’air par nature.
Les parois en maçonnerie sont rendues étanches par l’application des enduits (plafonnage, cimentage, …)
Les menuiseries ont un niveau d’étanchéité à l’air correspondant à la qualité de leur fabrication.
Les raccords entre les différents éléments sont rendus étanches à l’air à l’aide d’accessoires adaptés.
Le maître de l’ouvrage souhaitait que son bâtiment réponde aux exigences relatives aux bâtiments passifs et notamment en matière d’étanchéité à l’air. Il a donc apporté un soin particulier à la mise en œuvre des dispositifs qui permettent des performances suffisantes.
La tâche ne fut pas facile et de nombreux test blower door ont été effectués en vue de détecter les points faibles et d’améliorer le résultat final.
Correction au niveau des joints des châssis.
Remplacement de bandes de pare-vapeur et de rubans adhésifs.
Resserrage autour des câbles photovoltaïques.
Remplacement de la porte d’entrée.
Colmatage de trou dans la membrane d’étanchéité à l’air.
Finalement, le résultat obtenu est très bon : v50 = 1 m³/hm², ce qui, dans ce bâtiment, équivaut à une valeur n50 = 0.6 volume par heure, en conformité avec le standard « passif ».
Le plan l’étanchéité à l’air
Après avoir déterminé le volume à étanchéifier qui comprend les espaces isolés thermiquement et chauffés, le positionnement de la barrière d’étanchéité à l’air a été localisé précisément dans la paroi. Le positionnement de l’écran à l’air au sein de la paroi influence considérablement la réalisation de la continuité au droit des nœuds constructifs.
Localisation de la couche d’étanchéité à l’air (en plan) (Source : Homeco).
en bleu — — — : membrane souple
en rouge — — — : enduit
Localisation de la couche d’étanchéité à l’air (en coupe) (Source : Homeco).
Les détails d’étanchéité à l’air
Le plan d’étanchéité à l’air étant déterminé, il a fallu s’assurer de la continuité de l’étanchéité à l’air à chaque point singulier, nœud constructif ou percement. Au moment du projet, l’architecte a élaboré des détails techniques de principe montrant comment relier les parois ayant des couches d’étanchéité à l’air de natures et de positions différentes. Le maître de l’ouvrage et le maître d’œuvre souhaitaient obtenir les meilleures performances possible. Régulièrement des tests ont été effectués pour pouvoir alors qu’il est encore temps réaliser les mises au point et réparations nécessaires.
Les tableaux électriques se trouvent à l’intérieur du volume protégé. De cette manière, les câblages se trouvent tous à l’intérieur du volume protégé. Seul le câble d’alimentation générale doit percer la couche d’étanchéité à l’air de l’enveloppe du volume protégé.
En limitant le nombre de percements, on limite également le nombre de points faibles où des fuites peuvent se présenter et les difficultés causées la réalisation correcte des raccords étanches.
La pénétration des câbles des panneaux solaires photovoltaïques a causé quelques difficultés qui ont pu être résolues.
Les tableaux électriques ont été placés à l’intérieur du volume protégé (Source : Homeco).
Jadis, la maçonnerie à l’intérieur des gaines n’était pas enduite. Ce n’était pas jugé nécessaire, car l’enduit n’avait qu’une fonction esthétique. Étant donné que c’est l’enduit qui forme la couche d’étanchéité à l’air, il est indispensable, si on veut obtenir un bâtiment performant en la matière, d’enduire toutes les maçonneries de l’enveloppe y compris dans les gaines, les placards et les extrémités des cloisons intérieures légères au contact avec les maçonneries.
Enduit à l’endroit des gaines et cloisons (Source : Homeco).
Les maçonneries intérieures sont liaisonnées avec les maçonneries formant l’enveloppe du volume protégé. Pour assurer la continuité de la couche d’étanchéité à l’air, il faut que toutes les maçonneries intérieures soient également enduites. Une attention particulière est également nécessaire aux ébrasements des baies intérieures avec ou sans porte.
Couche d’étanchéité à l’air sur les maçonneries intérieures (Source : Homeco).
Les menuiseries extérieures constituent chacune une paroi distincte de l’enveloppe du volume protégé. Cette paroi a son étanchéité propre qui dépend de la qualité de sa réalisation. (choix des matériaux, qualité de l’assemblage, mise en œuvre, précision de la conception, …). En cas de faiblesse, seuls des réparations ou des réglages peuvent être envisagés.
Vérification de l’étanchéité à l’air d’un châssis (Source : Homeco).
Une attention toute particulière devra cependant être apportée au raccord de la menuiserie avec le gros œuvre afin d’assurer la continuité des performances de la menuiserie et de la barrière d’étanchéité à l’air de la façade.
Les menuiseries sont munies d’une bande raccord qui sera soit noyée dans l’enduit, soit collée à l’aide d’adhésif sur la membrane d’étanchéité à l’air suivant les cas.
Bande de raccords de la fenêtre collée au freine vapeur (source : ICEDD).
Détail du raccord de la fenêtre avec le freine-vapeur (Source : Homeco).
Étanchéité à l’air entre les fenêtres de toiture et le freine-vapeur (source : ICEDD).
L’étanchéité des portes d’entrée des bâtiments est toujours difficile à assurer. Ce bâtiment ne fit pas exception. La porte d’entrée dut donc être remplacée pour atteindre les performances souhaitées.
La porte d’entrée (Source : Homeco).
Pour assurer l’étanchéité à l’air aux raccords entre une membrane souple et l’enduit (jonction sec-humide) des bandes spéciales prévues pour cette fonction ont été utilisées. Elles sont constituées d’une bande autocollante d’un côté et d’une bande de treillis synthétique de l’autre. La bande autocollante est appliquée contre la membrane tandis que le treillis est noyé dans l’enduit.
Raccord entre membrane et enduit (source : ICEDD).
Pour ne pas percer le freine-vapeur avec des conduites, un vide technique a systématiquement été créé par la pose d’une contre-cloison pour intégrer celles-ci. Cette solution évite de devoir rendre étanche à l’air un grand nombre de percements, opération difficile et délicate qui amène souvent de piètres résultats.
L’espace technique pour les conduites (source : ICEDD).
L’intégration de prises électriques dans les murs maçonnés enduits constitue une source de fuite potentielle, car il y a interruption de la couche d’enduit.
Les prises et interrupteurs ont été placés de préférence sur les murs intérieurs.
Les blochets placés sur les murs délimitant le volume protégé ont été noyés dans le plâtre frais.
Les boîtiers noyés dans le plâtre frais (source : ICEDD).
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le maître de l’ouvrage HOMECO et les architectes auteurs du projet, Messieurs Xavier BACHELART et Elie DELVIGNE dans le cadre du concours Bâtiment exemplaire Wallonie 2013.
Nous avons également consulté l’expert nommé par la Région wallonne pour vérifier les travaux : l’Institut de Conseil et d’Etudes en Développement Durable (ICEDD). Notre interlocuteur fut Monsieur Raphaël Capart.
Une alternative économique pour le refroidissement des locaux.
Mise en place d’une sonde géothermique (photo IFAPME).
En Région wallonne, un nouveau bâtiment à hautes performances énergétiques s’est équipé d’une pompe à chaleur géothermique épaulée par une chaudière au gaz à condensation pour assurer le chauffage de ses bureaux, ateliers, classes et auditoire. Pour le rafraîchissement de ces locaux, le géo-cooling direct est utilisé.
Introduction
Un nouveau bâtiment, reconnu exemplaire dans le cadre de l’action « Bâtiments exemplaires Wallonie 2013 » a été construit aux Isnes dans les environs de Gembloux pour le compte de « l’Institut wallon de formation en alternance et des indépendants et petites et moyennes entreprises » (IFAPME).
Il est destiné à abriter des locaux de formation pour les apprenants, tant pratiques (ateliers petits et grands) que théoriques (classes, salle de conférence), et des locaux administratifs (bureaux, salles de réunions, espaces polyvalents et d’exposition) pour les différentes organisations professionnelles concernées par la construction de bâtiments durables, le but étant d’établir des ponts entre la formation, la recherche et l’innovation en cette matière. Le bâtiment se devait donc d’être le plus exemplaire possible du point de vue écoconstruction et construction durable.
Les formations qui y seront données se focaliseront notamment sur l’enveloppe du bâtiment (isolation, étanchéité à l’air) et sur les techniques spéciales (biomasse, micro-cogénération, régulation, ventilation double flux).
Le maître de l’ouvrage voulait que le centre créé soit très performant en matière d’énergie et qu’il soit une source d’inspiration pour les professionnels de la construction de par son caractère raisonnable d’un point de vue technique et budgétaire.
Le résultat fut un immeuble d’aspect contemporain à très hautes performances thermiques.
Le bâtiment GREENWAL aux Isnes (Photo IFAPME).
Le bâtiment
Le bâtiment est composé de 2 ailes principales.
Une aile administrative, d’environ 2 470 m² de surface utile, comportant trois niveaux :
un niveau de bureaux au 2e étage ;
un niveau de salle de classe pour la formation théorique à la construction durable au 1er étage ;
un niveau administratif au rez-de-chaussée avec un auditoire et un hall d’accueil permettant des expositions.
Une aile, d’environ 1 530 m² de surface utile, dévolue aux ateliers d’écolage. Elle est constituée d’un grand atelier « enveloppe » dont la taille permet la construction à l’échelle 1/1 de deux maisons unifamiliales mitoyennes et, sur deux niveaux, de 6 ateliers orientés vers les techniques spéciales du bâtiment, à savoir chaudière, pompe à chaleur, ventilation double flux, micro-cogénération, panneaux solaires photovoltaïques et thermiques, …
La surface utile totale est donc d’environ 4 000 m².
Plan du rez-de-chaussée.
Plan du 1er étage.
Plan du 2e étage.
Coupe dans le bâtiment (voir localisation sur les plans).
Le nouveau bâtiment a comme fonction principale enseignement.
Il ne comporte qu’un seul volume protégé, une seule unité PEB, une seule zone de ventilation et 2 secteurs énergétiques, l’un n’étant pas équipé d’un système refroidissement (les ateliers), l’autre bien (les classes, auditoires, bureaux, salle de réunion et locaux annexes).
Le secteur énergétique sans refroidissement ne compte qu’une seule partie fonctionnelle « enseignement » située dans l’aile des ateliers.
Le secteur énergétique avec refroidissement compte deux parties fonctionnelles :
une partie fonctionnelle « bureau » qui occupe la totalité du 2e étage
une partie fonctionnelle « enseignement » au rez-de-chaussée et au 1er étage.
Les conditions à respecter pour que le bâtiment respecte les exigences Q-ZEN 2021 en Région wallonne sont les suivantes :
Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné.
Respecter les règles de ventilation décrites dans l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 telle que modifiée par l’AGW du 15/05/2016.
Installer un comptage énergétique pour chaque unité PEB.
1. Respect des Umax
Le tableau ci-dessous montre que cette exigence a été respectée partout sauf pour les exutoires de fumée. Dans le cas présent, les exutoires de fumée ont une surface de 2 m² alors que la surface totale de déperdition est de 6 900 m². La surface des exutoires de fumée représente donc 0.03 % de la surface totale de déperdition. Le bâtiment répond ainsi aux exigences de la réglementation qui permet un dépassement du Umax pour maximum 2 % de la surface des parois de l’enveloppe du volume protégé.
Nom de la paroi
U (W/m²K)
(a.Ueq)
(b.Ueq)
Umax (W/m²K)
Fenêtres
0.83
1.50
v
Vitrage fenêtres
0.60
1.10
v
Fenêtre de toiture
1.95
1.50
v
Vitrage fenêtre de toiture
1.63
1.10
v
Verrières
1.31
1.50
v
Vitrages verrières
1.10
1.10
v
Exutoires de fumée
1.55
1.50
?
Vitrage exutoires de fumée
1.30
1.10
?
Toiture structure bois
0.09
0.24
v
Toiture structure béton
0.10
0.24
v
Mur avec parement de béton
0.24
0.24
v
Mur avec bardage bois
0.12
0.24
v
Mur enterré
0.14
0.24
v
Dalle sur le sol
0.15
0.24
v
Dalle sur le sol (ateliers)
0.22
0.24
v
Portes sectionnelles
0.70
2.00
v
2. Respect du critère K ≤ K35
Le bâtiment répond largement à ce critère. Le niveau K calculé est K15.
3. Respect du critère EW ≤ (90/45)
Le niveau EW calculé est de EW33 < EW45 qui est l’exigence la plus sévère pour les bâtiments non résidentiels. Le critère est donc clairement respecté.
4. Respect des règles de ventilation
La ventilation du bâtiment est assurée par un système D grâce à trois groupes de ventilation double flux avec récupération de chaleur. Le choix de ces centrales 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.
Les groupes de ventilation ont un rendement compris entre 82 et 86 % et assurent un débit de 18 300 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment.
5. Respect de la règle de comptage énergétique.
Cette règle a été largement respectée.
De par sa destination (centre de formation en bâtiments durable), une attention particulière a été apportée à la possibilité d’enregistrer et d’étudier la physique du bâtiment.
Une GTC a été installée. Elle permet de paramétrer les installations, de stocker et analyser les données des différents composants, et ce, afin de donner des outils bien concrets aux formateurs et aux étudiants du bâtiment. De plus, le maître de l’ouvrage s’est engagé dans le cadre du concours « Bâtiments exemplaires Wallonie » à effectuer un rapport annuel des consommations et à le transmettre à la Région wallonne.
Une interface homme-machine accessible via réseau facilite le paramétrage, la gestion et la consultation des différentes données. La gestion des installations étant une des préoccupations du maître de l’ouvrage, il a veillé à se donner les outils nécessaires à l’analyse les différentes consommations des installations du bâtiment.
Les compteurs suivants ont été installés :
Compteurs gaz
compteur général ;
compteur ateliers (ateliers formation) ;
compteur chaudière.
Compteurs eau
compteur eau chaude sanitaire ;
comptage remplissage chaufferie ;
comptage eau froide général ;
comptage eau de pluie ;
comptage eau froide pour complément eau de pluie
Compteurs intégrateurs de chaleur
compteur chaudière ;
comptage par pompe à chaleur ;
comptage kit geocooling ;
comptage sondes géothermiques ;
comptage départ de chaque circuit terminal ;
comptage ECS.
Compteurs électricité
compteur PV ;
comptage groupes de ventilation ;
comptage groupe de pompage eau de pluie ;
comptage par pompe à chaleur ;
comptage pour les circulateurs de chauffage ;
comptage par tableau électrique.
Analyse des surchauffes
Une simulation dynamique a été réalisée par le bureau d’études du maître de l’ouvrage pour étudier les risques de surchauffe dans certains locaux : des salles de réunion orientées au Sud-Ouest ; une classe type orientée à l’Ouest ; des bureaux orientés dans différentes directions ; l’auditoire et un atelier.
La simulation a été effectuée à l’aide du logiciel TRNSYS.
Les données climatiques utilisées sont celles d’Uccle.
Le chauffage est considéré comme actif du 1er septembre au 15 juin, le rafraîchissement du 16 juin au 31 août.
Le rendement des échangeurs thermiques inclus dans les groupes de ventilation a été estimé à 80 %.
L’horaire d’occupation pour l’intégration des surchauffes est basé sur le planning d’occupation du maître de l’ouvrage.
Les seuils d’ouverture et de fermeture des stores en fonction de l’insolation par orientation est de 120/140 W/m²
Le nombre d’heures où la température est supérieure à 26 °C pendant les heures d’occupation des bâtiments est comptabilisé.
Le free cooling est activé lorsque :
la température intérieure est supérieure à 22 °C ;
la température intérieure est supérieure à la température extérieure ;
la température extérieure est supérieure à 16 °C.
Le night cooling est activé lorsque :
le rafraîchissement géothermique ne fonctionne pas ;
la température intérieure est supérieure à 20 °C ;
la température intérieure est supérieure à la température extérieure.
Les consignes de chauffage sont 25 °C en occupation et 15 °C hors occupation.
Les consignes de refroidissement sont 25 °C en occupation et 21 °C hors occupation.
Une puissance limite de 15 kW a été déterminée afin de limiter les sondes géothermiques. Cela donne une surface surfacique limite de rafraîchissement disponible de 10,82 W/m² dans la partie administrative du bâtiment.
Les gains internes ont été estimés en fonction de l’éclairage, de l’activité des personnes, du nombre d’ordinateurs prévus et d’équipements divers dans les ateliers.
Résultat des calculs
La maîtrise du confort estival est assurée à condition de mettre en œuvre les techniques suivantes :
Protections solaires automatiques devant toutes les fenêtres sauf celles orientées au Nord (facteur de réduction solaire de 0,8).
Bypass de l’échangeur de chaleur des groupes de ventilation.
Ventilation mécanique des bureaux la nuit (hors utilisation du rafraîchissement géothermique).
Rafraîchissement géothermique lors des périodes d’utilisation hors saison de chauffe.
Night cooling géothermique hors saison de chauffe.
Il n’y a pas de dépassement de température opérative de 26 °C en dehors de l’atelier où 73 heures de dépassement ont été calculées.
La température opérative de 26 °C n’est pas dépassée dans les classes
(document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
La température opérative de 26 °C n’est pas dépassée dans les salles de réunion
(document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
Le bureau d’études a vérifié si toutes ces conditions étaient nécessaires et a évalué l’impact de différents scenarii.
1. Si les stores ne sont pas placés, le confort n’est pas assuré, entre autres, pendant 334 heures dans l’auditoire, pendant 294 heures dans un atelier, pendant 256 heures dans une des salles de réunion et pendant 32 heures dans la salle d’informatique.
La température opérative de 26 °C est dépassée pendant 256 heures dans une des salles de réunion
(document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
La température opérative de 26 °C est dépassée pendant 334 heures dans l’auditoire
(document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
La température opérative de 26 °C est dépassée pendant 2944 heures dans un des ateliers
(document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
2.Sans free/night cooling de la ventilation, le confort n’est pas assuré, entre autres, pendant 559 heures et 239 heures dans les classes étudiées et de 931 heures dans un atelier. Le problème se pose en mi saison lorsque le rafraîchissement géothermique n’est pas utilisé. En effet, les classes ayant un apport constant de chaleur pendant toute l’année, en mi-saison, le rafraîchissement ne peut être apporté que par le free/night cooling.
La température opérative de 26°C est dépassée pendant 559 heures dans une des classes et pendant 239 heures dans une autre. (document POLY-TECH ENGINEERING sprl.
3. Sans rafraîchissement géothermique, les surchauffes ne sont pas maîtrisées dans les classes et dans les salles de réunion.
Si on sait que le froid géothermique nécessite peu d’énergie, uniquement pour le circulateur, et est nécessaire afin de recharger le sol en chaleur, le choix de cette technique est recommandé.
La température opérative de 26 °C est dépassée pendant 691 heures dans une des classes et pendant 197 heures dans une autre. (document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
La température opérative de 26 °C est dépassée pendant 62 heures dans une des salles de réunions
et pendant 18 heures dans une autre. (document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
Dimensionnement du système géothermique
Les différentes solutions de pompes à chaleur géothermiques ont été analysées par le bureau d’études du maître de l’ouvrage à l’aide du logiciel TRNSYS.
Le bâtiment a été divisé en 5 parties : les ateliers ; l’auditoire et les trois étages de l’aile administrative.
Le principe de distribution et de production choisi est de type « change-over », c’est-à-dire qu’il n’y a pas de possibilité de produire en même temps du chaud et du froid.
Deux solutions techniques ont été comparées.
Une pompe à chaleur géothermique réversible.
Une pompe à chaleur géothermique pour la production de chaleur et un échangeur passif pour la production de froid. Pour la production de froid, en cas de canicule, un appoint sera fourni par la pompe à chaleur géothermique couplée à un aéroréfrigérant.
Un calcul statique effectué suivant la norme EN 12831 permet de déterminer la puissance nominale de la chaufferie et d’approximer une puissance en chaud de la pompe à chaleur et d’identifier ainsi la gamme de puissance à étudier.
Conformément à l’étude de surchauffe, la période de chauffe a été limitée du 22 septembre au 15 mai. En ne faisant pas fonctionner le système de refroidissement durant la période de chauffage, le besoin net de refroidissement est de 6 461 kWh. La puissance maximale en froid nécessaire est de 18 kW le 20 juin.
Evolution des besoins net (document POLY-TECH ENGINEERING sprl).
La puissance disponible est de 15 kW en rafraîchissement géocooling et 15 kW d’appoint via la pompe à chaleur réversible.
L’étude économique a montré que la solution consistant à utiliser la pompe à chaleur réversible est économiquement préférable et que le surcoût lié à l’appoint de froid complémentaire ne peut être rentable économiquement mais est nécessaire pour assurer le confort en période de canicule.
L’étude énergétique a montré que :
L’utilisation d’une pompe à chaleur de plus grande puissance permet de diminuer les consommations finales, mais de manière limitée.
Le géocooling permet de fortement diminuer la consommation finale.
Le taux de couverture de la pompe à chaleur pour l’optimal économique de 27.5 kW est de 84 % en hiver.
Le taux de couverture du géocooling en été est de 100 %.
la pompe à chaleur géothermique réduit de 72 % les consommations en énergie primaire pour le chauffage et le refroidissement.
Il a finalement été décidé :
D’installer une pompe à chaleur réversible d’une capacité de 30 kW.
Que le rafraîchissement se fera principalement par géocooling avec un appoint par la pompe à chaleur qui sera couplée à un aéroréfrigérant pour ne pas perturber le géocooling.
L’installation
Les conditions de confort sans risque de surchauffe sont finalement assurées :
Dans l’auditoire par freecooling, night cooling et géoccoling à l’aide du groupe de ventilation.
Dans les locaux administratifs et les classes par freecooling, night cooling et géoccoling à l’aide des ventilos-convecteurs.
Dans les ateliers de formation par freecooling, night cooling et ventilation naturelle via les fenêtres ouvrantes manuelles et les exutoires de fumée.
Après la réalisation d’un forage de test, 8 forages géothermiques ont été effectués en trois semaines. Les sondes ont ensuite été connectées horizontalement au collecteur, testées sous pression de 5.0 bar et remplies par un mélange de 25 % de mono propylène glycol et d’eau. Les débits ont également été vérifiés pour une différence de pression d’environ 2.1 bar.
Les forages de 120 mm de diamètre ont une longueur de 60 m. Dans la partie supérieure, le terrain étant instable, un tube a été placé sur 28 m de profondeur. Dans la partie rocheuse située en dessous, ce tube n’est pas nécessaire.
Le forage.
Tubage à l’enfoncement sur 28 m dans les terrains instables.
L’échangeur de chaleur placé dans le forage est constitué de deux tubes de 32 mm en PEHD en forme de U. Après sa mise en place, le trou de forage est rempli par du gravier 4-8 mm dans la partie rocheuse et par un coulis thermique (λ = 1.35 W/mK), stable et très peu perméable (k = 10-10 m/s) dans la partie supérieure tubée. Ce coulis va durcir et d’une part bien reboucher le forage (imperméabilisation et protection des sondes) et d’autre part assurer un bon contact thermique entre les échangeurs et le sol.
Schéma des sondes géothermiques.
Les tubes et le coulis géothermique sont placés dans le forage.
Enfouissement des tubes de raccordement des sondes (min 80 cm).
Raccordement des sondes au collecteur.
Schéma de raccordement des sondes (document ENERGIE VERBEKE sa).
Implantation des sondes.
Les débits dans les différentes sondes ont été équilibrés à 0.60 m³/h à l’aide des vannes de réglage de manière à obtenir un débit total d’environ 5.5 m³/h. La différence entre les débits des sondes est inférieure à 10 %.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le maître de l’ouvrage : « l’Institut wallon de formation en alternance et des indépendants et petites et moyennes entreprises » (IFAPME). Notre interlocuteur fut Monsieur Jacques Guérin, gestionnaire du patrimoine immobilier de l’institut.
L’architecte auteur de projet est le bureau R²D² Architecture.
Les études techniques ont été réalisées par le bureau d’études POLY-TECH ENGINEERING sprl.
Les forages géothermiques, la pose des sondes, les raccordements et les réglages de débits ont été réalisés par la société spécialisée ENERGIE VERBEKE SA.
Comment isoler les murs et toitures d’un entrepôt existant pour le transformer en bureaux passifs ?
Les nouveaux locaux du bureau d’études écoRce à Liège.
Un entrepôt situé à Liège a été transformé en bureaux. Le maître de l’ouvrage souhaitait atteindre les valeurs du standard passif. Quelles solutions a-t-il adoptées pour isoler les parois extérieures ?
Introduction
Le bâtiment a été réalisé à partir d’un entrepôt existant en pleine ville de Liège à proximité de la gare des Guillemins. Il a été conçu en 2013 par le bureau d’architecture FHW Architectes et le bureau d’études écoRce sprl qui est également le maître de l’ouvrage.
L’extérieur du bâtiment avant les travaux.
L’intérieur du bâtiment avant les travaux.
Il a été complètement transformé. Seule la structure en béton et les murs mitoyens ont été maintenus. Le bâtiment peut donc être considéré comme une construction neuve dans le cadre de la réglementation PEB. Les éléments conservés ont provoqué des contraintes qui ont dû être résolues notamment en matière d’isolation de l’enveloppe.
Le bâtiment compte, après travaux, trois niveaux.
Au rez-de-chaussée accessible depuis une cour intérieure d’îlot, se trouvent l’accueil, une salle de réunion et les sanitaires. Un carport occupe une partie de ce niveau. Il abrite une zone de parking pour vélos et une zone de tri pour les déchets.
Le premier étage, est occupé par des bureaux paysagés, une salle de réunion ainsi qu’un petit local réservé à l’impression et à la copie des documents.
Le deuxième étage est réservé à la détente : réfectoire, cuisine, terrasse et jardin.
Plans du projet (document architecte).
Le maître de l’ouvrage avait pour objectif de limiter au maximum les besoins d’énergie de façon à en réduire les consommations. Il concentra donc, entre autres, ses efforts sur la réduction des déperditions thermiques tant par transmission à travers les parois de l’enveloppe du volume protégé que par manque d’étanchéité à l’air de celles-ci.
Respect des exigences Q-ZEN
L’analyse du bâtiment à l’aide du logiciel PEB montre que celui-ci répondait déjà lors de sa conception aux exigences Q-ZEN de la réglementation qui devront être respectées en 2021.
Le nouveau bâtiment a comme fonction bureaux.
Il ne comporte qu’un seul volume protégé, une seule unité PEB, une seule zone de ventilation et deux parties fonctionnelles :
une partie fonctionnelle « bureaux » qui occupe la totalité du rez-de-chaussée et du 1er étage ;
une partie fonctionnelle « rassemblement – cafétéria/réfectoire » au 2e étage.
Les conditions à respecter pour que le bâtiment respecte les exigences Q-ZEN 2021 en Région wallonne sont les suivantes :
Respecter les Umax.
Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné.
Respecter les règles de ventilation décrites dans l’annexe C3 de l’AGW du 15/05/2014 tel que modifié par l’AGW du 15/05/2016.
Installer un comptage énergétique pour chaque unité PEB.
1. Respect des Umax
Comme il s’agit d’une transformation, même si le bâtiment n’est pas très grand, le nombre de parois différentes est élevé.
Le tableau ci-dessous montre que cette exigence a été respectée partout.
Le bâtiment répond largement à ce critère malgré les difficultés inhérentes à ce type de travaux (transformation). Le niveau K calculé est K20.
3. Respect du critère EW ≤ (90/45)
Le niveau EW calculé est de EW38 < EW45 qui est l’exigence la plus sévère pour les bâtiments non résidentiels. Le critère est donc clairement respecté.
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.
La centrale double flux, qui se situe dans un local technique intérieur, a un rendement de 85 % et assure un débit de 1 556 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment.
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.
Des compteurs électriques supplémentaires ont été placés pour mesurer :
la consommation du groupe de ventilation ;
la production de l’installation photovoltaïque (1 700 Wc) ;
la consommation de l’éclairage.
Le respect des exigences a été permis, entre autres, par ne niveau d’isolation thermique des différentes parties de l’enveloppe du volume protégé.
Les parois de l’enveloppe du volume protégé
Comment sont isolées les parois extérieures neuves et existantes ?
Coupe de localisation des détails (document architecte).
Mur existant isolé par l’extérieur
Toiture existante isolée par l’extérieur et végétalisée
Nouveau mur à ossature bois
Nouvelle toiture compacte
Nouveau mur isolé par l’intérieur et l’extérieur
Mur extérieur existant isolé par l’intérieur
Sol existant isolé par le haut
1. Un mur existant isolé par l’extérieur
La façade avant a été partiellement conservée et isolée par l’extérieur. L’isolant est protégé par un bardage en bois. L’isolation thermique d’un bâtiment existant par l’extérieur réduit considérablement les risques de ponts thermiques et de condensation interstitielle, le pare-pluie extérieur étant très perméable à la vapeur d’eau.
Coupe mur existant isolé par l’extérieur (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.14 W/m²K en partie courante et 0.11 W/m²K à l’endroit de la structure en béton où l’épaisseur d’isolant est plus importante pour des raisons technologiques.
Calcul du U des parties courantes à l’aide du logiciel PEB.
Calcul du U des parties situées devant les poutres en béton à l’aide du logiciel PEB.
2. Toiture existante isolée par l’extérieur et végétalisée
La toiture plate existante a été isolée selon le principe de la toiture chaude. L’isolant est posé au-dessus de la dalle en béton. La membrane d’étanchéité bitumineuse existante a été conservée. Elle contribue à la protection de l’isolant assurée par le nouveau pare-vapeur contre la vapeur d’eau provenant de l’intérieur du bâtiment. Une nouvelle membrane d’étanchéité en EPDM est posée sur l’isolant. Elle lestée par une toiture verte extensive.
Cette technique est courante. Elle ne pose pas de problème de condensation interstitielle et permet d’éviter les ponts thermiques.
Coupe toiture existante isolée par l’extérieur et végétalisée (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.09 W/m²K.
Le faux plafond acoustique n’a aucun impact sur la performance thermique de la paroi.
Le lestage que constitue la couche végétalisée n’a pas été pris en compte. Son influence sur le U est négligeable en comparaison de celle de la couche d’isolant. Elle protège cependant la membrane d’étanchéité du rayonnement direct extérieur.
Calcul du U des toits existants isolés par l’extérieur à l’aide du logiciel PEB.
3. Nouveau mur à ossature bois
La façade à ossature bois permet la pose d’une grande épaisseur d’isolant sans augmenter exagérément l’épaisseur de la paroi elle-même, celui-ci étant posé à l’intérieur de la structure. La structure interrompt la couche isolante. L’impact de celle-ci sur les performances thermiques est pris en compte dans le calcul.
Autant que possible la paroi est composée d’éléments de plus en plus ouverts à la diffusion de vapeur de l’intérieur vers l’extérieur de manière à se prémunir contre la condensation à l’intérieur du mur.
Ainsi, le pare-vapeur situé du côté chaud de l’isolant sera le plus étanche possible à la vapeur d’eau en hiver et le pare-pluie situé du côté froid de l’isolant sera, par contre, le plus perméable possible à celle-ci.
Le pare-vapeur aura une perméabilité à la vapeur d’eau variable en été et en hiver. En été il sera plus ouvert à la vapeur pour permettre à la paroi de sécher. C’est ce que l’on appelle un freine vapeur à µ (sd) variable.
L’auteur de projet a pris en compte le comportement hygrométrique de la paroi de manière à s’assurer de la pérennité du bâtiment. Il a réalisé une simulation dynamique à l’aide du logiciel WUFI® afin de valider la paroi du point de vue de la diffusion de vapeur d’eau.
Coupe nouveau mur à ossature bois (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.13 W/m²K.
Les deux couches d’isolant ont été considérées comme une seule couche dans le calcul, L’isolant étant identique et les structures en bois occupant les mêmes proportions d’espace.
Calcul du U de la façade à ossature bois à l’aide du logiciel PEB.
4. Nouvelle toiture compacte
La toiture compacte désigne la toiture plate dont l’isolant est placé à l’intérieur du support en bois sans lame d’air entre les différentes couches. Un écran pare-vapeur étanche à l’air doit être placé sous le support. Ce n’est pas une toiture froide, car il n’y a pas de couche d’air ventilée au-dessus de l’isolant. Cette technique est délicate à cause des risques de condensation interne.
Principe de fonctionnement : séchage par utilisation de freine-vapeurs hygrovariables.
En hiver, la pression de la vapeur dans les locaux est généralement supérieure à celle régnant dans le complexe toiture, ce qui crée un flux de vapeur se déplaçant de bas en haut.
En été, cette diffusion de vapeur est inversée : de haut en bas.
On suppose que l’action du freine-vapeur assèche le complexe toiture durant les périodes plus chaudes tandis que l’apparition d’humidité peut être limitée dans les périodes plus froides grâce à la fermeture du freine-vapeur.
Certaines règles doivent être respectées.
L’étanchéité doit absorber le plus possible les rayonnements solaires.
La toiture doit être totalement ensoleillée.
La pente doit être d’au moins 2 % (pas de stagnation d’eau pluviale).
La pente ne peut pas être de plus de 40° pour des versants orientés vers le Nord, l’Est et l’Ouest.
L’isolant doit être très ouvert à la vapeur (µ le plus petit possible)
Le freine-vapeur doit être du type hygrovariable.
La finition intérieure sous le freine-vapeur doit être perméable à la vapeur.
Il faut éviter toute convection entre l’air intérieur et le complexe de toiture (blower door test).
Le taux d’humidité du bois doit être limité avant la mise ne place du système.
La classe de climat intérieure ne peut pas dépasser la classe III ou même la classe II lorsque la toiture est végétalisée.
Le maître de l’ouvrage (bureau d’études spécialisé dans ce domaine) a réalisé des simulations hygrothermiques pour évaluer le risque d’apparition de problème d’humidité dans la toiture compacte de son bâtiment. C’est une tâche délicate, car il y a énormément de paramètres inconnus à entrer et il est souvent très difficile d’interpréter correctement les résultats finaux.
Deux solutions ont été envisagées.
Les deux solutions analysées par des simulations hygrothermiques.
La simulation hygrothermique a clairement montré que c’est la solution B qui devait être adoptée.
Coupe nouvelle toiture compacte (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.08 W/m²K.
Malgré que l’épaisseur d’isolant soit plus importante que celle de la toiture présentée plus haut au point 2, le U atteint est proche. Cela est dû aux caractéristiques des matériaux utilisés.
Mousse phénolique -> λi = 0.021 W/mK
Cellulose et laine de bois -> λi = 0.039 W/mK
Calcul du U de la toiture compacte à l’aide du logiciel PEB.
5. Nouveau mur mitoyen isolé par l’intérieur et l’extérieur
Pour que le mur mitoyen neuf donnant sur l’air extérieur soit thermiquement le plus performant possible tout en n’empiétant pas trop sur l’espace intérieur, il a été isolé à la fois par l’intérieur et l’extérieur.
Le maître de l’ouvrage a réalisé des simulations hygrothermiques pour évaluer le risque d’apparition de problème d’humidité dans ce mur. Les résultats furent rassurants.
Coupe nouveau mur mitoyen isolé par l’intérieur et l’extérieur (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.12 W/m²K.
Calcul du U du mur mitoyen isolé par les deux côtés à l’aide du logiciel PEB.
6. Un mur existant isolé par l’intérieur
Isoler un mur existant par l’intérieur est, dans certains cas, la seule solution possible bien que la gestion des ponts thermiques et des condensations internes soit délicate.
Le maître de l’ouvrage après avoir réalisé quelques simulations dynamiques a opté pour la solution ci-dessous.
Coupe mur existant isolé par l’intérieur (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.23 W/m²K. Nous sommes toujours en-dessous de Umax = 0.24 W/m²K pour un mur extérieur.
Calcul du U du mur extérieur isolé par l’intérieur à l’aide du logiciel PEB.
7. Sol existant isolé par le haut
Comme dans bien des cas, la solution la plus économique pour isoler un plancher posé sur le sol est de poser l’isolant sur la dalle en béton existante et de tirer une nouvelle chape armée sur l’isolant.
C’est la technique qui a été choisie.
Coupe plancher sur sol existant isolé par le haut (document architecte).
Le calcul du coefficient de transmission thermique U réalisé à l’aide du logiciel PEB indique une valeur U = 0.14 W/m²K.
Calcul du U de la dalle sur sol isolée par le haut à l’aide du logiciel PEB.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le bureau d’architecture ayant conçu le bâtiment FHW Architects et le maître de l’ouvrage écoRce sprl dans le cadre de l’action Bâtiments exemplaires Wallonie 2013.
Un bâtiment neuf de bureaux et un hall de stockage ont été construits en 2015. Les bureaux ont été lauréats de l’appel à candidature dans le cadre de l’action Bâtiment Exemplaire en Wallonie. Dans cet esprit, de nombreux efforts ont été consentis à l’époque pour réaliser un bâtiment très performant en matière énergétique. Est-ce qu’à l’époque, ce bâtiment est déjà parvenu à répondre aux exigences Q-ZEN de 2021 ? C’est ce que nous allons vérifier.
Introduction
Le bâtiment a été conçu par le bureau d’architecture CANEVAS et le bureau d’études GREISCH pour le compte de la firme RADERMECKER INTERCHIMIE.
Il est destiné à abriter des activités de stockage, de conditionnement et de distribution de produits chimiques. Il est constitué d’un auvent présentant une superficie au sol d’environ 1000 m² (20 m x 49.5 m). Cet auvent abrite également un bâtiment administratif de bureau de moins de 100 m².
Le système constructif pour réaliser le hall est basé sur l’utilisation de rayonnages à palettes comme éléments porteurs de la toiture. Utiliser ces rayonnages comme structure portante permet :
d’une part, de réduire les quantités de matériaux en se passant de structure supplémentaire pour la toiture ;
d’autre part, de les intégrer à la conception architecturale.
Le hall de stockage n’est pas isolé. Il ne possède pas de façade. La hauteur sous toiture varie entre 7.50 m et 10.50 m.
Les versants de la toiture assurent un débordement de toiture suffisant pour protéger efficacement le stockage et l’entrée du bâtiment des intempéries. Le débordement joue également un rôle de protection solaire fixe pour les bureaux.
Les bureaux sont intégrés comme une boîte au sein des rayonnages. Ils sont réalisés en ossature bois et sont supportés par des portiques métalliques intégrés à la structure des rayonnages du niveau inférieur. Les panneaux ont été réalisés en usine.
Éléments préfabriqués en usine.
Bureaux plan (extrait plan architecte).
Bureaux coupe (extrait plan architecte).
Le parement de façade des bureaux est constitué de tôles métalliques à fines nervures de finition identique à celles utilisées en toiture. Les finitions intérieures des murs, planchers et plafonds sont en bois. La structure en bois de ces différentes parois est bourrée de cellulose.
Conscients des enjeux énergétiques dans le futur, le maître de l’ouvrage a voulu dès 2012 investir dans un bâtiment performant en matière de consommation d’énergie et de confort.
L’objectif a été atteint, mais répond-il déjà aux exigences PEB de 2021 ?
Étanchéité à l’air
Un test de la mesure de l’étanchéité à l’air a été effectué conformément à la norme et aux prescriptions supplémentaires de la Région wallonne. Grâce à la conception de la couche d’étanchéité à l’air et au soin apporté à sa mise en œuvre. Le niveau d’étanchéité à l’air mesuré en fin de travaux est de v50 = 0,39 m³/hm².
Blower door test.
Étanchéité à l’air autour des châssis de fenêtres.
Installations techniques
Le chauffage est du type chauffage central avec panneaux diffusants alimentés en eau chaude par une pompe à chaleur air-eau d’une puissance calorifique de 8 kW.
Pompe à chaleur air eau.
Panneau diffusant.
La ventilation mécanique de type D d’un débit de 435 m³/h est munie d’un récupérateur de chaleur d’un rendement de 82 % et d’une batterie de chauffe électrique d’une puissance de 3 kW pour pouvoir pulser l’air dans le bâtiment directement à bonne température.
Le groupe de ventilation.
L’eau chaude sanitaire (ECS) est produite par la pompe à chaleur du chauffage central et stockée dans un ballon de 200 litres qui sert deux douches, un évier et un vidoir.
Schéma de l’installation de distribution sanitaire.
L’éclairage est assuré par des appareils à basse consommation.
La puissance moyenne pour l’éclairage est d’environ 1,8 W/100lux m².
Pièce du projet
Apport par éclairage (W/m²)
Réunion
8,9
Bureau
8,9
Réception
10,8
Cuisine
7,5
Couloir
2,5
Entrée
2,1
Vestiaires hommes
3,7
Sanitaires hommes
4,4
Vestiaires femmes
3,4
Sanitaire femmes/PMR
2,8
Local technique
15,7
Puissance des luminaires installés dans les locaux.
Plan de l’installation électrique.
Conformité du bâtiment conçu en 2012 avec les exigences du standard Q-ZEN PEB 2021
Le bâtiment a été évalué par rapport aux exigences PEB et, plus particulièrement, au standard Q-ZEN. Le fichier PEB initial encodé en 2012 a été analysé. Ensuite, il a été mis à jour en supposant un encodage en 2021.
Le nouveau bâtiment a comme fonction bureaux.
Il 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 bureaux et les espaces connexes sont : la cuisine, les sanitaires et les réserves.
Quels sont les critères à respecter pour que le bâtiment soit considéré comme conforme aux exigences Q-ZEN 2021 en Région wallonne ?
Les performances des murs, plafonds et planchers ont été calculées à l’aide du logiciel PEB.
Les façades
Coupe verticale dans un mur de façade (extrait plan architecte).
Calcul du U du mur de façade à l’aide du logiciel PEB.
Le plafond
Coupe verticale dans le plafond (extrait plan architecte).
Calcul du U du plafond à l’aide du logiciel PEB.
Le plancher
Coupes verticales (longitudinale et transversale) dans le plancher (extrait plan architecte).
Calcul du U du plancher à l’aide du logiciel PEB.
2. Respect du critère K ≤ 35
Lors de la demande de permis d’urbanisme en 2011, les nœuds constructifs (et les éventuels ponts thermiques) n’étaient pas pris en compte dans le calcul PEB. L’impact des nœuds constructifs sur le niveau d’isolation thermique global du bâtiment K doit être considéré si on veut vérifier la conformité du bâtiment avec les règles Q-ZEN qui entreront en vigueur en janvier 2021.
Le résultat obtenu en 2011, ne tenant pas compte des déperditions supplémentaires dues aux nœuds constructifs est donc très optimiste : K11 < K35.
Sera-ce encore le cas si les nœuds constructifs sont intégrés dans le calcul ?
La méthode PEB propose trois manières de prendre en compte les nœuds constructifs, chacune ayant une influence différente sur les résultats :
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 EW.
L’option C est la plus facile, mais pénalise fortement les résultats.
Option C
Option B
Sans les nœuds constructifs
K [/]
K21 (< K35)
K14 (< K35)
K11 (non valable)
Influence de l’option de calcul des nœuds constructifs sur la valeur K obtenue.
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.
Étant donnée la forte isolation du bâtiment, même l’option C permet de respecter le critère du niveau K35. Toutefois, le choix de l’option B est préférable, car les performances annoncées pour le bâtiment ont un impact sur le certificat PEB qui sera délivré en fin de travaux.
Coupe verticale toiture-façade.
Coupe verticale plancher-façade.
Coupe horizontale fenêtre-façade.
Les nœuds constructifs sont PEB conformes (extrait plan architecte).
L’option A aurait également pu être appliquée. Dans ce cas le niveau K aurait été égal ou inférieur à K14.
3. Respect du critère EW ≤ (90/45)
Les exigences à respecter dans une unité PEN varient d’une fonction à l’autre.
Ainsi l’exigence Ew 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 EW 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 EW 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.
Le bâtiment ne comprend qu’une seule unité fonctionnelle « bureau ». L’exigence EW est donc EW45.
En prenant en compte des nœuds constructifs suivants l’option B, le calcul des performances du bâtiment à l’aide du logiciel PEB donne pour résultat EW25. Cette valeur est bien inférieure au critère EW à respecter.
Étant donnée la forte isolation du bâtiment, même l’option C permet de respecter le critère du niveau EW45. Toutefois, le choix de l’option B est préférable, car les performances annoncées pour le bâtiment ont un impact sur le certificat PEB qui sera délivré en fin de travaux.
Option C
Option B
Sans les nœuds constructifs
EW
EW31 (< EW45)
EW25 (< EW45)
EW23 (non valable)
5. 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.
La centrale double flux, qui se situe dans un local technique intérieur, assure un débit de 435 m³/h qui sera distribué dans l’ensemble du bâtiment.
Plan du système de ventilation.
Tableau des débits de ventilation extrait de l’outil de calcul PEB.
Le rendement thermique du groupe de ventilation annoncé par le fabricant est de 95 %. Cette valeur ne correspond pas au rendement calculé selon la norme EN 308 pour le débit concerné de 435 m³/h.
Rendement de l’échangeur annoncé par le fabricant.
Pour connaître le rendement des échangeurs à introduire dans l’outil de calcul PEB, il faut consulter sur la toile la base de données EPBD qui donne les rendements thermiques des différents appareils en fonction des débits selon la norme EN 308 : http://www.epbd.be/media/pdf/donnees_produits_peb/product_data/4.4_ventil_FR.pdf
Dans le cas du bâtiment étudié, le rendement à encoder est de 82%.
⇓
Valeur extraite de la base de données EPBD.
6. 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 : Le bâtiment abritant les bureaux de la firme RADERMECKER INTERCHIMIE est Q-ZEN suivant la réglementation wallonne qui est d’application pour ce type de bâtiment à partir du 1er janvier 2021 !
Cela signifie qu’atteindre ce standard est tout à fait réalisable pour les futures constructions, puisqu’un bâtiment performant conçu en 2011 répond déjà aux exigences de 2021.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par le bureau d’architecture ayant conçu le bâtiment.
Bureau d’architecture CANEVAS
Notre interlocuteur fut Madame Sophie Hubert, ingénieur-architecte.
Téléphone : +32(0)4 364 11 90
Isolation par l’extérieur de façades légères dans un centre pour réfugiés
« Le Merisier » Centre d’accueil pour réfugiés.
La Croix Rouge de Belgique a rénové certaines façades légères de son centre pour réfugiés à Fraipont et en a profité pour améliorer les performances thermiques de celles-ci en les isolant par l’extérieur.
Introduction
Le centre pour réfugiés de la Croix Rouge de Belgique situé à Fraipont dans la province de Liège accueille de nombreuses personnes chassées de chez elles par les aléas de la vie et de l’histoire dans leurs pays d’origine. Il s’agit de familles ou de personnes isolées, dont un certain nombre de mineurs non accompagnés.
Certains travaux dans les bâtiments sont devenus urgents par vétustés, notamment le remplacement de fenêtres.
Étant donné le faible niveau d’isolation des bâtiments qui datent du début des années 1960, le propriétaire souhaite profiter de ces travaux pour améliorer les performances thermiques des façades d’une partie des bâtiments. Il décide d’installer des châssis et vitrages performants et d’isoler par l’extérieur les parties pleines des façades légères. Un bardage sera placé devant l’isolant.
Le propriétaire a également l’intention d’entreprendre plus tard d’autres travaux d’amélioration de l’enveloppe du volume protégé. Ces travaux ne sont pas encore déterminés. Ils dépendront des urgences et des fonds disponibles.
Le bâtiment
Ancien centre hôtelier de loisir et de délassement de la RTT, il sert actuellement de centre d’accueil pour réfugiés.
Le bâtiment principal qui nous concerne compte environ 7 000 m² de surface de plancher.
Il comprend 6 ailes de logement (chambres), un réfectoire et des locaux de loisir et de service.
Ce sont les façades des étages de l’aile A qui feront l’objet des premiers travaux.
Vue aérienne du bâtiment.
Ailes de logements : A, B, C, D, E et I.
L’aile A :
Le bâtiment A comprend un sous-sol, un rez-de-chaussée et deux niveaux de chambres (+1 et +2)
Ce sont les façades longitudinales (Est et Ouest) des chambres qui doivent être rénovées par remplacement des châssis vitrés et pose d’un bardage isolé devant les façades légères.
Ces travaux concernent environ 7 % de la totalité des façades de l’immeuble.
Le toit plat situé au dessus du niveau +2 est isolé par environ 10 cm de verre cellulaire.
Plan des deux niveaux concernés.
Photos 1 et 2 – Façade Est.
Photo 3 – Façade Ouest.
État existant des façades concernées :
Il s’agit de façades légères en aluminium sans coupure thermique.
Les parties vitrées pivotent d’une seule pièce. Elles sont munies de double vitrage de la première génération. (U = +/- 3 W/m²K). Les ouvrants sont très lourds à manœuvrer et sont déformés. Ils n’assurent plus aucune étanchéité à l’air.
Les parties opaques sont constituées de panneaux pleins placés dans la structure en aluminium. Ces panneaux sont isolés par environ 4 cm de laine de roche insérée entre deux plaques en verre structuré opaque de teinte gris foncé. Les nombreux ponts thermiques causés par la structure en aluminium sans coupure thermique provoquent souvent de la condensation superficielle à de nombreux endroits du côté intérieur.
L’absence de ventilation hygiénique de base augmente ces problèmes d’humidité malgré le peu d’étanchéité à l’air des ouvrants.
Situation avant travaux : pivotant vertical et partie pleine.
Partie haute : à gauche, ouvrant vitré ; à droite, partie opaque.
Partie basse : à gauche : ouvrant vitré ; à droite, partie opaque.
Les vitrages et les cadres en aluminium sont étanches à la vapeur, ils ne peuvent donc pas se trouver du côté extérieur de l’isolant. Si les parties existantes sont conservées, l’isolant devra donc être placé à l’extérieur.
Les châssis en aluminium thermiquement très conducteur doivent être recouverts par l’isolant.
Les dalles des balcons sont déjà isolées par le dessous. Elles devraient également l’être par le dessus. Ce n’est pas prévu dans le budget des travaux urgents. Les seuils des portes-fenêtres seront cependant relevés de manière à pouvoir par la suite isoler le haut des dalles tout en conservant une hauteur de seuil suffisante.
Les rives des façades légères sont en contact avec des façades non isolées. Celles-ci seront probablement isolées plus tard. Les travaux devront être réalisés de telle manière que les raccords avec les améliorations thermiques futures soient possibles, étanches et sans pont thermique.
L’espace disponible :
Les façades concernées donnent sur des coursives dont la largeur est réduite. L’épaisseur de l’isolant devrait idéalement être la plus importante possible à coût justifié. Pour éviter de rendre les coursives impraticables, l’épaisseur de l’isolant sera cependant limitée.
L’irrégularité de la surface extérieure :
L’isolant devra être suffisamment souple et élastique pour épouser toutes les irrégularités du support et garantir l’absence de vide entre la face extérieure de la façade existante et l’isolant, afin de se prémunir de tout courant d’air froid derrière l’isolant.
La réglementation PEB prévoit pour ce type de travaux le respect de certaines exigences.
Umax
Vitrage : Ug ≤ 1.1 W/m²K
Façade légère : Ucw ≤ 2 W/m²K
Ventilation de base
Tous les châssis sont munis de grilles de ventilations réglables conformes à la norme D50-001
Les agressions mécaniques :
Les coursives sont utilisées de manière intensive. Les éléments de bardage doivent donc être les plus résistants possible, indéformables et faciles à démonter en cas de bris. Le choix s’est porté sur des panneaux en stratifié compact haute pression (HPL) vissés sur une structure en bois.
Par mesure de sécurité, l’isolant ne sera pas combustible et ne participera pas à la propagation d’un incendie.
L’usage intensif :
Les menuiseries donnant accès des chambres à la coursive sont utilisées en permanence. Leur système d’ouverture sera le plus simple possible pour que la quincaillerie soit résistante et facile à remplacer. Il n’y aura qu’un ouvrant à simple battant par chambre, toutes les autres fenêtres seront fixes.
Les portes-fenêtres seront munies de vitrage de sécurité.
La maîtrise de la surchauffe :
Les apports solaires sont une source importante de surchauffe.
Les balcons constituent des protections fixes efficaces. La protection sera cependant renforcée à l’Ouest par le choix de vitrages avec un facteur solaire g adapté. Le choix de protections solaires extérieures mobiles ne sera pas retenu pour des raisons de fragilité.
La surface vitrée sera diminuée là où c’est possible par le placement de fenêtres plus petites avec allèges opaques. L’isolation sera aussi ainsi améliorée et l’utilisation de l’espace intérieur facilité.
L’occupation du bâtiment pendant les travaux :
Le bâtiment sera occupé en permanence pendant les travaux.
Le chantier devra être sécurisé. Les zones de travail et de circulation réservées seront clairement signalées, Des consignes de sécurité seront communiquées, à l’entrepreneur et aux occupants du centre.
Une grande partie de la façade légère ne sera pas démontée. Cela réduit l’impact des travaux et les surfaces devant être ouvertes.
Les parties enlevées devront être remplacées avant la fin de chaque journée. Dès que les châssis existants seront enlevés, les nouveaux châssis seront placés. L’isolation par l’extérieur et le bardage seront réalisés en deuxième phase lorsque le bâtiment aura été refermé.
La pose d’antennes paraboliques :
Les occupants du centre cherchent à garder des contacts culturels avec leurs communautés d’origine. Un des moyens utilisés est de suivre les émissions télévisées transmises par satellite. Des antennes paraboliques sauvages sont donc installées un peu partout sur le site. Les câbles de connexion rentraient dans le bâtiment par les portes-fenêtres. Celles-ci étaient forcées ou maintenues entrebâillées. Les câbles étaient abîmés. Des passages pour câbles devront donc être prévus.
Les travaux réalisés
Les façades sont constituées d’une structure en aluminium sans coupure thermique soutenant deux types de fermetures : des parties vitrées ouvrantes et des parties opaques fixes.
La structure sera conservée. Les parties vitrées seront remplacées. Les parties opaques seront conservées et isolées par l’extérieur.
Remplacement des parties vitrées
L’ouvrant et de son cadre dormant sont enlevés en conservant la structure de la façade légère. Seuls les ensembles qui pourront être remplacés dans la journée sont retirés.
Les anciens châssis sont faciles à démonter, car ils sont simplement fixés mécaniquement à la structure qui reste intacte après démontage.
Le seuil des portes est relevé pour permettre la pose ultérieure d’un isolant thermique sur le sol du balcon tout en conservant une hauteur de relevé d’étanchéité suffisante.
Pose de châssis en PVC 5 chambres thermiquement performants avec double vitrage basse émissivité (Ug=1.1 W/m²K) . Le Uw de la fenêtre est de 1.39 W/hm².
Seule une moitié de la fenêtre s’ouvre pour des raisons de solidité et de facilité de réparation.Le châssis est dans le même plan que le nouvel isolant extérieur et en contact avec celui-ci de manière à garantir la continuité de la couche isolante et éviter les ponts thermiques.Tous les châssis sont munis de grilles de ventilation (OAR) conformes à la norme NBN D50-001.
Le double vitrage orienté à l’Ouest aura un facteur solaire g ≤42 pour diminuer les risques de surchauffe.
La finition intérieure est réalisée à l’aide d’éléments préfabriqués en mousse de PVC dense.
Les châssis sont blancs du côté intérieur et gris anthracite du côté extérieur.
Lorsque les chambres possèdent deux fenêtres, l’une des deux sera munie d’une allège pleine avec bardage pour diminuer les coûts, les déperditions thermiques et les apports solaires. On améliore aussi ainsi les possibilités d’aménagement de ces chambres.
Enlèvement des châssis pivotants existants.
Rehausse du seuil sous les nouveaux châssis.
Nouveau châssis posé vu de l’intérieur avec finition périphérique.
Nouveau châssis posé vu de l’extérieur avant pose du bardage.
Châssis fixe avec allège isolée.
Parties pleines :
Les parties existantes sont conservées (structure, vitrages, isolant entre les vitrages).
La base de la façade légère est adaptée pour garantir un relevé d’étanchéité suffisant en cas d’isolation future du plancher des balcons. Un relevé minimum de 15 cm est nécessaire pour respecter les règles de l’art. (NIT 244 du CSTC).
La membrane d’étanchéité en EPDM en attente restera visible au bas du bardage. Elle permettra lors de travaux ultérieurs (isolation du sol du balcon) de raccorder la nouvelle étanchéité du balcon sans démonter le nouveau bardage et les châssis.
La structure portante du bardage constituée de montants en bois est fixée par des plats métalliques à la structure existante en aluminium.
Une couche d’isolant en placée entre les montants existants en aluminium et une deuxième couche d’isolant est posée sur toute la surface de manière à isoler en même temps la structure (réduction des ponts thermiques). La laine de roche a été utilisée pour sa souplesse et son comportement au feu.
Un pare pluie extérieur maintient l’isolant en place à l’aide des montants de fixation du bardage. La couche de ventilation est obturée par des profilés perforés.
Un bardage ventilé en plaques de stratifié homogène résistant aux chocs et à un usage intensif est fixé sur les montants en bois de la structure. Le bardage est d’un gris similaire aux parties opaques existantes avant travaux. Il est attaché à l’aide de vis apparentes de la même teinte que le bardage de manière à pouvoir remplacer facilement les plaques abîmées.
La structure existante en aluminium et les panneaux de verre opaque.
Schéma extrait de la NIT 244 du CSTC montrant le relevé d’étanchéité nécessaire dans le cas d’une toiture plate en buttée contre un mur isolé par l’extérieur avec cimentage.
Isolant en verre cellulaire à la base du bardage recouvert de la membrane d’étanchéité en attente (EPDM).
Structure portante du bardage fixée à la structure existante en aluminium.
Isolant (laine de roche) dans la structure en aluminium et devant celle-ci.
Pare-pluie perméable à la vapeur.
Profilé d’obturation de la couche d’air fortement ventilée.
Bardage posé.
Vis de fixation de la même couleur que le bardage.
Plan schématique des travaux réalisés
Élévation des façades avant transformation.
Élévation des façades après transformation.
Les deux types de nouvelles fenêtres.
Détails de principe figurant dans le cahier spécial des charges.
Conformité des travaux avec la réglementation PEB
Type de travaux
Les travaux réalisés consistaient en une « rénovation simple » dans le sens de la réglementation PEB.
En effet, sont considérés comme des rénovations simples, les actes ou travaux de transformation qui sont de nature à influencer la performance énergétique du bâtiment, mais qui portent sur moins du quart de la surface de l’enveloppe du bâtiment.
Règles PEB à respecter
Étant donné le type de travaux (rénovation simple) une seule exigence est d’application : le respect de Umax et/ou Rmin des éléments modifiés et neufs et le respect des règles en matière de ventilation.
Umax à respecter pour les façades légères et les vitrages en 2016.
Umax
Vitrage : Ug = 1.1 W/m²K et 1.0 W/m²K ≤ 1.1 W/m²K -> OK
Façade légère : Ucw = 0.86 W/m²K et 0.81 W/m²K ≤ 2 W/m²K -> OK
Tous les châssis sont munis de grilles de ventilations réglables (OAR) conformes à la norme D50-001. -> OK
(Une extraction mécanique est prévue dans les locaux humides.)
Le confort
Comme attendu, la perception d’une amélioration du confort fut immédiate.
Facilité de manœuvre des ouvrants par les occupants.
Solidité et facilité d’entretien pour l’équipe technique de maintenance.
Absence de sensation de froid par rayonnement vers la façade.
Diminution de la surchauffe en été.
Absence de condensation sur la structure en aluminium.
Ventilation de base possible sans devoir entrebâiller une porte.
Moins de bris de vitrage.
Aspect moins vétuste.
Les économies d’énergie
Le coefficient de transmission thermique de l’ancienne façade légère était d’environ Ucw = 3.61 W/m²K.
Le coefficient de transmission thermique de la façade légère après transformation est passé en moyenne à environ Ucw = 0.83 W/m²K.
La différence est de 3.61 W/m²K – 0.83 W/m²K = 2.78 W/m²K.
Étant donné l’origine culturelle, la sédentarité imposée et l’inquiétude des résidents, la température à l’intérieur des chambres occupées quasiment en permanence est relativement élevée tant le jour que la nuit. Nous l’avons estimée la journée à 25°C en moyenne. L’impact de cette température sur les déperditions thermiques est important. L’isolation des façades en est d’autant plus utile.
On peut estimer que les travaux ont permis une économie d’énergie annuelle d’environ 468 kWh par m² de façade légère.
Coût des travaux et temps de retour
Les travaux ont coûté 94.000,00 € HTVA auxquels sont ajoutés les frais d’études et de coordination. Soit, toutes charges comprises, 106.000,00 €. 340 m² de façade légère ont été rénovés. Le coût de la rénovation au m² s’élève donc à environ 312.00 €/m².
Dans ce cas, le temps de retour est de 8,3 ans si on considère que le rendement de l’installation de chauffage est de 70% et que le gasoil coûte 0.80 €/litre.
Si on estime que les fenêtres devaient de toute façon être remplacées et que celles qui ont été placées correspondent aux standards moyens actuels, le coût de celles-ci peut être considéré comme des frais normaux d’entretien de l’immeuble. Il peut être déduit des investissements liés à l’amélioration thermique de la paroi. 35.000,00 € peuvent donc être soustraits des 106.000,00 € dépensés. Le temps de retour dans les mêmes conditions serait de 5.6 ans.
Cette étude de cas a été développée à l’aide des informations et documents fournis par l’architecte auteur du projet (Claude Crabbé Ir. Arch.) et le maître de l’ouvrage (la Croix Rouge de Belgique).
La menuiserie Demarche ( http://www.menuiserie-demarche.be) a effectué les travaux après avoir réalisé elle-même les plans d’exécution.
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).
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.
Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
Ne pas dépasser le niveau EW 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 Umax
Les Umax 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 Umax 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 Umax.
⇓
3 cm d’isolant suffisent pour rendre le plancher conforme au critère Umax.
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 :
dcontact ≥ 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 :
λélément intermédiaire = 0,12 W⁄mK ≤0,2 W⁄mK -> V
Rélément intermédiaire = 0,30/0,12 = 2,50 m²K⁄W ≥ min(0,13/0,023 ⁄ 2;0,20/0,025 ⁄2) -> X
ou Rélément intermédiaire = 0,30/0,12 = 2,5 m²K⁄W > 2 m²K⁄W -> V
dcontact = 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 EW ≤ (90/45)
Les exigences à respecter dans une unité PEN varient d’une fonction à l’autre.
Ainsi l’exigence Ew 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 :
EW : l’exigence de niveau EW pour l’unité PEN ;
Ach, fct f : la surface totale de plancher chauffée ou climatisée de chaque fonction f, en m² ;
EW, fcf f : l’exigence de niveau E W pour chaque fonction f ;
Ach : 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 EW est donc EW90.
Le calcul des performances du bâtiment à l’aide du logiciel PEB donne pour résultat EW71. Cette valeur est bien inférieure au critère EW 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 = Umax)
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 Umax.
L’impact sur K et EW est repris dans le tableau ci-dessous
Valeur initiale
Valeur finale
Delta [points]
K [/]
26
34
+8
EW [/]
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 Umax permet de respecter les critères K (K35) et EW (EW90).
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 EW.
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 UPAROI augmente, plus on est mal isolé et donc plus il faudra chauffer le bâtiment. Par contre si UPAROI 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 UPAROI = 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 UPAROI = 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 Ug = 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 Ug du vitrage devient supérieur au Uf 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 EW
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
UVITRAGE
[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 EW. 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
EW [/]
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 EW.
-> L’option C est la plus facile mais pénalise fortement les résultats.
Option C
Option B
Delta [points]
K [/]
26
19
-7
EW [/]
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 EW. 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 EW.
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 EW 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’EW 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 EW 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
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’EW 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]
EW [/]
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’EW. 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 EW. 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.
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.
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.
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).
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 λui 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.
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
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
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.
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 (= Umax).
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 Ug vaut 1.1 W/m²K.
Suivant leur configuration, les fenêtres ont un coefficient de conductivité thermique Uw 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 UW des fenêtres ne peut pas dépasser 1.5 W/m²K (= Umax).
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 : Umax = 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.
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.
Revoir les systèmes de ventilation et de chauffage d’anciens auditoires cela peut rapporter gros !
Introduction
L’Université Catholique de Louvain (UCL) compte de nombreux auditoires à Louvain-la-Neuve qui ont été construits dans les années 1970. A l’époque on se souciait relativement peu de la consommation d’énergie malgré le premier choc du pétrole de 1973. Ces bâtiments, bien que confortables, sont donc thermiquement peu performants.
Monsieur D. Smits, responsable de la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier de l’université, en est bien conscient. En 2015, il décide d’agir. Il communique les données du problème à ses collègues et propose des pistes de solutions qui seront mises en œuvre.
Nous allons étudier une des réalisations qu’il a menée, la modification des systèmes de ventilation et de chauffage des auditoires du bâtiment MONTESQUIEU.
Le bâtiment Montesquieu à Louvain-la-Neuve.
La démarche
Évaluer
La première étape fut d’évaluer grossièrement les potentiels d’économie d’énergie.
Dans cinq bâtiments comptant de nombreux auditoires, la ventilation fonctionnait même lorsque les auditoires n’étaient pas occupés.
Il a été décidé de réguler, durant trois mois (octobre, novembre et décembre 2015) leur ventilation de manière manuelle en fonction de leur occupation. Lorsque l’auditoire n’était pas occupé, la ventilation était arrêtée.
Bien que les conditions climatiques aient été peu rigoureuses, les résultats mesurés furent spectaculaires.
Par rapport aux années précédentes :
la consommation électrique baissa de 313.175 kWh à 271.087 kWh, soit une économie d’environ 13 %;
la consommation thermique normalisée baissa de 1.179 MWh à 796 MWh, soit une économie d’environ 32 %.
Cela correspond en trois mois d’hiver à :
une économie financière de 26.572 € ;
une économie de 121 tonnes de CO2.
Et … aucune plainte des utilisateurs n’a été enregistrée 😉
Communiquer et convaincre
Avec des arguments pareils, le message était facile à faire passer
Il y a de belles économies à réaliser !
Tous les décideurs furent ainsi convaincus de la nécessité d’intégrer les paramètres d’occupation dans la régulation et que l’investissement financier a sans aucun doute un temps de retour optimal !
Agir
Le bâtiment MONTESQUIEU a été choisi pour effectuer les premiers travaux. Les tests de 2015 sur ce bâtiment avaient abouti à une économie de 19%, tant en matière de consommation électrique que de consommation thermique.
Vérifier
L’impact des travaux sera non seulement évalué sur les consommations d’énergie mais aussi sur le confort. Si les espoirs attendus se confirment, l’action sera ensuite étendue aux autres bâtiments susceptibles d’être facilement améliorés.
Le bâtiment
Le bâtiment Montesquieu a été terminé en 1978.
Il compte :
4 auditoires de 168 places chacun ;
2 grands auditoires de 356 et 396 places.
Les quatre auditoires de 168 places chacun au rez-de-chaussée.
Les deux grands auditoires de l’étage.
Coupe transversale des auditoires.
Plénum de pulsion des petits auditoires,
plénum de reprise des petits auditoires,
plénum de pulsion des grands auditoires,
plénum de reprise des grands auditoires.
radiateurs.
Grand auditoire de 359 places.
Les systèmes existants
Chauffage
Le chauffage des auditoires est assuré par deux systèmes :
1. Les radiateurs implantés dans les auditoires et les autres locaux du bâtiment étaient alimentés par des circuits branchés sur le réseau de chauffage urbain de Louvain-la-Neuve.
Chauffage statique par des radiateurs.
2. L’air de ventilation des auditoires était réchauffé dans les groupes de pulsion par des circuits connectés au même réseau.
Ventilation
L’air neuf est amené dans les auditoires par des fentes sous les sièges reliées à un plénum de pulsion.
Les ouvertures de pulsion sous les sièges.
Les ouvertures vues depuis le plenum.
Il est extrait par des grilles aux plafonds qui communiquent avec un plénum de reprise.
Les grilles d’extraction.
Les sanitaires possèdent leur propre groupe d’extraction.
Chaque auditoire possède son propre groupe de pulsion et son propre groupe d’extraction.
L’air était chauffé dans les groupes de pulsion. Les groupes d’extraction sont distants des groupes de pulsion. Les groupes de pulsion sont situés au sous-sol, tandis que les groupes d’extraction sont situées au dernier étage. La chaleur de l’air extrait n’est pas récupérée.
Un des groupes de pulsion.
Les groupes ne fonctionnaient qu’à un seul régime durant toute la journée d’occupation des auditoires.
Les travaux réalisés
L’objectif de ces travaux est d’optimiser :
le fonctionnement du chauffage de manière à obtenir dans les auditoires les températures nécessaires en fonction des occupations horaires ;
la ventilation (alimentation – extraction) de manière à obtenir une qualité de l’air suffisante.
Cette optimisation entraine une diminution de la consommation d’énergie (chauffage et électricité) tout en maintenant le confort.
La régulation du chauffage et de la ventilation a été connectée au programme centralisé de l’UCL pour la gestion de l’occupation des auditoires ADE Expert. De cette manière, les apports en chaleur et en air frais peuvent être régulés en fonction de l’utilisation et de la température dans le local, et anticipé en fonction des conditions atmosphériques extérieures.
Le planning d’occupation d’un auditoire.
Les radiateurs ont été remplacés et redimensionnés de manière à fournir la puissance nécessaire pour assurer le chauffage des auditoires indépendamment de la ventilation lorsque celle-ci n’est pas nécessaire.
Radiateur ajouté.
Radiateur remplacé.
Chaque auditoire possède son propre circuit de chauffage alimenté par une vanne à deux voies connectée à la régulation. Tous les auditoires ne sont donc pas chauffés si certains sont inoccupés.
Les vannes à deux voies règlent le débit des circuits des radiateurs.
Les moteurs des groupes de pulsion et d’extraction ont été remplacés par des moteurs asynchrones à haut rendement. Des variateurs de fréquence sont installés.
De cette manière, la ventilation varie en fonction des besoins en air frais uniquement indépendamment des besoins en chauffage. Les batteries de chauffe des groupes de pulsion assurent une température confortable de l’air pulsé et peuvent aussi servir de complément en cas de grand froid et d’insuffisance des circuits de chauffage statique.
Principe de la régulation du système ventilation-chauffage
Chaque auditoire est régulé séparément.
Le programme centralisé d’occupation des auditoires (ADE Expert) indique si l’auditoire est occupé.
-> S’il n’est pas occupé, la ventilation et le chauffage sont arrêtés.
-> S’il est occupé,
S’il fait froid, le chauffage de l’auditoire se met en route (y compris anticipation). La sonde de température à l’intérieure de l’auditoire règle l’ouverture de la vanne à deux voies du circuit de chauffage.
La ventilation se met en route en fonction des informations reçue de la sonde CO2 qui se trouve dans l’auditoire. Le débit du groupe est déterminé par le taux de CO2 constaté. S’il fait froid, la température de l’air de ventilation est réglée par une sonde de température placée dans le groupe de pulsion. Il est réchauffé par la batterie de chauffe du groupe alimenté par une vanne à trois voies reliée au circuit de chauffage.
Un des nouveaux tableaux de commandes.
Récupération de la chaleur sur l’air extrait. Une piste pour le futur
Un échange de chaleur n’a pas pu être installé entre l’air entrant et l’air sortant à cause du coût important des adaptations nécessaires et à la distance entre les circuits des gaines d’extraction et de pulsion et des groupes GE et GP. Plus tard, un système d’échangeur à eau glycolée pourrait être installé si le temps de retour de l’investissement le justifie et si les moyens sont disponibles.
Schéma échangeur à eau glycolée.
Le confort
Aucune plainte d’inconfort n’a été enregistrée. Des appareils de mesure ont été placés dans un des grands auditoires pour vérifier l’efficacité de la régulation. Un appareil a également été placé à l’extérieur pour connaître les conditions atmosphériques au moment où les mesures sont effectuées à l’intérieur.
Data logger fixé sur un baffle d’un grand auditoire.
Data logger extérieur – abri ventilé.
Le niveau de CO2 n’a jamais dépassé les 1000 ppm sauf lorsque les installations sont arrêtées (par exemple, un dimanche lorsque l’auditoire a été utilisé sans que le système de ventilation ait été mis en fonctionnement).
Concentration CO2 durant une semaine.
Le 18/06 l’auditoire a servi sans ventilation.
Concentration CO2 durant une semaine de cours
lorsque la ventilation est arrêtée.
La température de l’air est restée entre 22 °C et 25 °C pendant les périodes d’utilisation
Températures durant une semaine.
L’humidité relative de l’air a été maintenue aux environs de 50 % (entre 40 % et 60 %) durant ces mêmes périodes.
Humidité relative durant une semaine.
Les économies d’énergie
Les économies d’énergie ont été obtenues grâce à :
Une économie d’énergie électrique due à un fonctionnement réduit des groupes d’extraction et de pulsion en fonction des besoins exacts, tant en ce qui concerne le temps de fonctionnement que le débit.
Une économie en chauffage puisque, en hiver, la quantité d’air propre froid est limité aux besoins.
Les années qui viennent nous montreront les économies qui auront pu être réalisées.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée grâce à l’aide, les informations et les documents fournis par la cellule énergie et environnement du patrimoine immobilier (CEPI) de l’Université Catholique de Louvain.
Nos interlocuteurs furent Monsieur Didier Smits, Madame Céline Purnelle et Monsieur Pierre Allard.
Près de Marche-en-Famenne, l’ASBL « Village d’enfants SOS Chantevent » accueille 35 enfants au sein de 7 petits pavillons familiaux. Le village comprend également un bâtiment de loisirs et un bâtiment polyvalent (crèche, bureaux, 3 logements pour adolescents et un atelier). Devant la consommation importante d’énergie de l’ASBL, les responsables de l’institution ont décidé de réagir, notamment en motivant les enfants.
Une consommation d’énergie élevée
Dans cette institution, la facture énergétique est lourde : plus de 60 000 € par an, dont 18 000 € pour l’électricité ! Bien sûr, il y a une crèche, des locaux administratifs, des kots pour les grands ados, … mais 82 000 kWh électriques par an, c’est à peu près l’équivalent de la consommation de 20 ménages !
Soutenue par le facilitateur URE non marchand de la Région wallonne, l’équipe éducative s’attaque au problème. Le premier constat, c’est que personne ne se sentait jusque-là vraiment concerné par l’énergie… En creusant un peu, on découvre avec surprise :
Que le tarif moyen de 22 centimes du kWh n’est pas très avantageux. Il est rapidement renégocié et diminué de 20 %, soit un gain de plus 3 000 €/an.
Que la plupart des personnes présentes sur le site n’avaient pas conscience de la présence d’un compteur bihoraire …
Qu’une boucle sanitaire faisait circuler de l’eau chaude en permanence dans les caves du bâtiment administratif engendrant une consommation électrique des circulateurs et une déperdition de chaleur des conduites d’eau chaude inutiles : gain d’environ 1 000 €/an ou 5 400 kWh/an suite à sa coupure.
…
Une campagne de sensibilisation des enfants et des éducateurs
Bien sûr, le gros de la consommation se situe dans les pavillons … Mais comment motiver des petits bouts à l’énergie, alors que même un adulte peine déjà à donner une définition de cette notion si peu concrète …
Une campagne de sensibilisation a été menée avec les enfants et les éducateurs, avec l’aide du Facilitateur Education Énergie. Elle s’est faite en plusieurs étapes :
1ère étape, connaître la consommation initiale
11 enregistreurs de courant sont placés dans les coffrets de distribution afin que chaque bâtiment puisse suivre sa consommation … et ses progrès. La consommation de mars est relevée et considérée comme la consommation de référence.
Exemple d’enregistreur de courant.
2ème étape, apprivoiser l’énergie
Durant une journée des vacances de Pâques, les enfants participent à des ateliers où ils apprennent notamment à :
Ces petites activités permettent de comprendre le fonctionnement de l’énergie et à apprendre à l’économiser.
Comprendre et apprendre.
3ème étape, expliquer la démarche aux éducatrices responsables des maisons
Il est clair qu’une bonne partie de la consommation se trouve dans le nettoyage et séchage du linge, ainsi que dans la cuisine (cuisson, réfrigération). Une réunion questions-réponses avec les travailleurs de l’institution est organisée pour discuter des différentes façons de faire des économies.
Les éducatrices et les enfants ont alors décidé d’adopter plusieurs gestes simples permettant de diminuer la consommation d’énergie.
4ème étape, lancer le projet construction du mur
L’idée est venue des éducatrices responsables de maison : depuis longtemps, elles demandaient que les enfants puissent se défouler en shootant des ballons contre un mur ! Faute de budget, ce projet n’avait jusqu’alors pas pu voir le jour …
Construire un mur avec des prises d’escalade au dos.
L’estimation budgétaire pour monter un mur de 175 blocs est de 350 € (équivalent à 1 890 kWh). En pratique : chaque fois que 2 € sont économisés au niveau énergétique, c’est un bloc qui est construit ! Une grande affiche format A0 visualise les blocs, à peindre au fur et à mesure de l’évolution des économies réalisées.
Des wattmètres sont distribués dans chaque pavillon pour pouvoir mesurer les consommations ainsi que des prises multiples avec interrupteur.
Chaque mois, le relevé de la consommation est fait et comparé à la référence de mars. Si les résultats sont très variables d’un pavillon à l’autre, le résultat global lui ne se fait pas attendre : en moins de 3 mois, les 350 € sont économisés ! Quant au mur, il aura été construit quelques mois plus tard.
La prochaine étape
Après avoir travaillé principalement sur la consommation d’électricité, l’institution va à présent se lancer dans la consommation de chauffage où il existe également un gros potentiel d’économie à faire.
Et la question de savoir ce qu’on fera avec les euros économisés, les projets ne manquent pas : financer la pose de prises d’escalade au dos du mur, financer un meuble spécial pour langer les nourrissons,…
Seul le directeur reste mitigé et confie avec un clin d’oeil : « Dites, les projets c’est bien, mais j’aimerais bien faire des économies financières, moi ! ».
En plus de la sensibilisation à l’URE l’asbl « Village d’enfants Sos Chantevent » a pu réaliser différentes mesures d’économie d’énergie au niveau de ses bâtiments
Optimalisation de la régulation et de l’intermittence du chauffage;
vannes thermostatiques (dont certaines vannes institutionnelles);
isolation du toit;
projet d’isolation de certains murs;
pose d’un réflecteur derrière les radiateurs.
En détail
Informations complémentaires
Cette étude de cas provient de la Sucess Storie réalisée en 2015 par la Facilitatrice URE Secteur non- marchand et le Facilitateur Education Énergie.
Le CoRI (Coating Research Institute) est une ASBL fondée en 1957 dans le but de stimuler l’innovation et la recherche dans le domaine des peintures, des vernis, et des revêtements. Ses bureaux et laboratoires sont situés à Limelette dans le Brabant wallon.
Le bâtiment avant les travaux.
Le bâtiment qu’ils occupent date du début des années ’60 et en 2013 était devenu vétuste et trop exigu pour la société en plein développement. Il ne répondait plus aux standards énergétiques actuels. D’autre part, la société souhaitait moderniser son image.
Il a donc été décidé de rénover complètement la partie existante et de rajouter à droite de celle-ci une nouvelle aile. Le bâtiment a ainsi vu quasiment doubler sa surface utilisable.
Les travaux ont été terminés en 2016
Le projet a été lauréat des concours :
Bâtiments exemplaires Wallonie 2013 organisé par la Région wallonne.
Green building Solutions 2016 organisé par Construction21. (Le projet a remporté la première place dans la catégorie Énergie et climats tempérés et la seconde place dans la catégorie Smart Building.)
En plus des performances énergétiques dont il est question dans la présente étude de cas, le bâtiment a été considéré comme exemplaire en matière de gestion de l’eau, de confort, de gestion verte du chantier et de communication.
Le bâtiment
Le bâtiment d’origine comprenait des bureaux et des laboratoires. Cette partie existante a été conservée et abrite les laboratoires tandis que la nouvelle extension accueille principalement les bureaux et salles de réunion.
L’entrée principale existante a été déclassée et réaffectée à l’accès des matières et matériels. La nouvelle entrée principale se trouve dans la nouvelle partie du bâtiment, à l’angle de celle-ci avec la partie conservée.
Plan du rez-de-chaussée.
Le bâtiment existant est de type lourd. Les murs sont en maçonneries. Les planchers et la toiture plate sont en béton armé. Il n’était pas isolé avant les travaux et a été isolé par l’extérieur.
L’extension à une structure en ossature bois. Les murs porteurs intérieurs sont en maçonnerie lourde. Les cloisons non portantes sont légères, ce qui facilitera une évolution future de la surface des locaux.
Des parois extérieures bien isolées
L’ancien bâtiment n’était pas isolé. Il présentait un niveau K121. Après les travaux, il atteint un niveau K33. L’extension obtient un niveau K22.
La façade latérale est plane tandis que les façades avant et arrière présentent des colonnes saillantes. Ces colonnes sont cachées par le nouveau bardage accroché à une ossature en bois. L’isolant thermique en mousse de polyisocyanurate (PIR) est collé directement sur les parties existantes (maçonnerie de parement et colonnes en béton).
Bâtiment existant – isolation de la façade par l’extérieur.
Façade existante.
Fenêtre existante.
Isolation thermique.
Structure en bois.
Bardage extérieur.
Protection solaire.
Coupe horizontale à l’endroit d’une colonne extérieure.
Bâtiment existant.
Fenêtre existante.
Isolation thermique.
Structure en bois.
Bardage extérieur.
Protection solaire.
Isolant posé et pose de la structure en bois.
Structure en bois posée et pose du bardage.
Bardage posé et protections solaires posées.
À la base du bardage l’isolant appliqué (EPS graphité) est cimenté.
Coefficient de transmission thermique des façades.
Ce logiciel doit être utilisé dans le cadre des demandes de permis d’urbanisme en Wallonie. Il applique les règles de calcul en vigueur.
La valeur obtenue est U = 0.22 W/m²K. Cette valeur est inférieure à la valeur maximale admissible pour les murs qui est actuellement Umax = 0.24 W/m²K.
Les couches de la paroi sont reprises de l’extérieur vers l’intérieur :
Le bardage lui-même n’est pas pris en compte, car la couche d’air qui se trouve derrière est fortement ventilée.
La couche d’air fortement ventilée située derrière le bardage n’offre aucune résistance thermique. Toutefois, elle a un impact sur la résistance thermique d’échange superficiel de ce côté de la paroi qui sera plus importante : 0.13 m²K/W au lieu de 0.04 m²K/W.
L’isolant thermique (UNILIN / Utherm Wall) possède un agrément technique valable qui confirme son coefficient de conductivité thermique utile λU = 0.023 W/mK. Son épaisseur est de 10 cm.
Le calcul de la résistance thermique de la couche isolante tient également compte de l’impact des fixations qui la traversent.
La maçonnerie de parement est constituée de briques et de joints. Ces deux matériaux ont des coefficients de conductivité thermique utiles différents. λU = 0.81 W/mK pour la brique et λU = 0.93 W/mK pour le mortier. Ces deux valeurs sont prises en compte pour le calcul de la résistance thermique de la couche en fonction de la fraction de joint.
La couche d’air verticale entre le mur porteur et le parement est non ventilée. Sa résistance thermique est déterminée par la réglementation PEB.
La résistance thermique de la maçonnerie en blocs de béton pleins a été calculée de la même manière que la maçonnerie de parement : couche n° 3.
Les fenêtres
Les fenêtres ont été remplacées récemment et présentent des performances thermiques satisfaisantes : double vitrage avec U = 1.1 W/m²K et châssis en aluminium à coupure thermique. Elles ont été conservées.
Fenêtre conservée.
Afin de limiter le pont thermique à la jonction façade-fenêtre, l’isolation crée une battée sur les châssis existants. Les châssis sont à fleur avec le parement en briques, ce qui rend très simple la réalisation de la battée. Le noeud constructif n’est cependant pas PEB conforme car la coupure thermique du châssis n’est pas en contact avec l’isolant.
Raccord isolant-châssis.
La toiture plate
La toiture existante a été conservée et isolée par au-dessus (toiture chaude). L’étanchéité existante a été maintenue en place et fait office de pare-vapeur.
Une nouvelle étanchéité a été placée sur un panneau de laine de roche de 16 cm d’épaisseur. Le coefficient de transmission thermique obtenu est U = 0.21 W/m²K. Cette valeur est inférieure à la valeur maximale admissible pour les toitures qui est actuellement Umax = 0.24 W/m²K.
Afin d’éviter les ponts thermiques à la jonction façade-toiture, les acrotères seront emballées d’isolant.
Raccord toiture plate – façade.
Bâtiment existant.
Étanchéité existante conservée.
Nouvelle isolation thermique.
Nouvelle membrane d’étanchéité.
Continuité de la couche isolante.
Structure en bois.
Bardage extérieur.
Isolation thermique de la façade.
La nouvelle toiture plate sur le bâtiment existant.
Le plancher inférieur et les parois en contact avec le sol
Une partie du bâtiment se trouve au-dessus d’un vide sanitaire. Le plancher situé au-dessus de ce vide sanitaire sera isolé par-dessous.
Le bâtiment est isolé du vide ventilé.
Par contre, les planchers et les murs contre terre ne sont pas isolés. Ces travaux représenteraient un coût très élevé, car les locaux secondaires du sous-sol n’ont pas besoin d’être rénovés. De plus l’épaisseur de sol que doit traverser la chaleur pour arriver jusqu’à l’air extérieur limite fortement la déperdition thermique. Rappelons-nous que la résistance thermique d’une couche de matériau dépend non seulement de son coefficient de conductivité thermique, λ mais aussi de son épaisseur qui dans le cas du sol est importante.
Nouvelle extension du bâtiment
L’enveloppe extérieure de l’extension du bâtiment a été réalisée avec une structure à ossature bois. Cette technique permet de placer une grosse épaisseur de matériau isolant sans que les parois soient trop épaisses. La gestion des ponts thermique est d’autre part facilitée par l’usage du bois qui sans être un matériau isolant possède néanmoins un coefficient de conductivité thermique λ beaucoup plus bas que celui de la plupart des autres matériaux de structure (brique, béton, acier, …). L’inconvénient de cette technique est la faible inertie thermique de ces parois, ce qui ne facilite pas la maîtrise de la surchauffe. Les parois et chapes intérieures sont réalisées partiellement en matériaux lourds ce qui augmente toutefois l’inertie thermique.
Coupe transversale de l’extension.
Les façades
Les façades sont constituées d’une ossature bois large de 22 cm formant des caissons dans lesquels de la cellulose a été insufflée. Les caissons sont fermés, du côté intérieur, par un panneau OSB de 18 mm d’épaisseur assurant l’étanchéité à l’air ainsi que le contreventement de la structure et, du côté extérieur, par un pare- pluie en fibre de bois de 16 mm d’épaisseur.
Un espace technique de 5 cm d’épaisseur est réservé entre le panneau OSB et la finition intérieure constituée de deux plaques de plâtre superposées de 15 mm d’épaisseur. L’espace technique est rempli de laine de bois ce qui renforce encore les performances thermiques de la paroi. Pour rappel, cet espace technique permet d’y faire passer des installations encastrées sans percer le panneau OSB qui fait office de barrière d’étanchéité à l’air.
Du côté extérieur, la façade est recouverte d’un bardage en plaques de laine de roche compressée laquée.
Extension – Ossature bois isolée.
Finition intérieure : plaque de plâtre 2 x 15 mm.
Espace technique : chevrons + laine de bois 5 cm.
Contreventement et étanchéité à l’air : panneau OSB 18 mm.
Ossature bois 22 cm + isolation cellulose insufflée.
Pare-pluie : fibres de bois 16 mm.
Vide fortement ventilé : lattage vertical.
Bardage extérieur : panneaux en laine de roche compressée.
Mise en place de la structure en bois.
Le pare pluie est posé.
Ouvertures dans les panneaux OSB pour insufflation de la cellulose
et chevrons de 5 cm pour réalisation de l’espace technique.
L’isolant (fibres de bois) de l’espace technique en cours de pose.
Pose du bardage extérieur.
Coefficient de transmission thermique des nouvelles façades.
Comme pour la façade du bâtiment existant, le coefficient de transmission thermique U de la façade de l’extension a été calculé à l’aide du logiciel PEB.
La valeur obtenue est U = 0.17 W/m²K. Cette valeur est inférieure à la valeur maximale admissible pour les murs qui est actuellement Umax = 0.24 W/m²K.
Les couches de la paroi sont reprises de l’extérieur vers l’intérieur :
Le bardage lui-même n’est pas pris en compte, car la couche d’air qui se trouve derrière est fortement ventilée.
La couche d’air fortement ventilée située derrière le bardage n’offre aucune résistance thermique. Toutefois, elle a un impact sur la résistance thermique d’échange superficiel de ce côté de la paroi qui sera plus importante : 0.13 m²K/W (Rsi) au lieu de 0.04 m²K/W (Rse).
Le pare-pluie (SPANOTECH RWH) possède un agrément technique valable qui confirme son coefficient de conductivité thermique utile λU = 0.1 W/mK. Son épaisseur est de 16 mm.
Le calcul de la résistance thermique de la couche principale (ossature bois) tient compte de la présence combinée du bois (λU = 0.13 W/mK) et de la cellulose (λU = 0.038 W/mK).
Le panneau OSB a un coefficient de conductivité thermique utile λU = 0.13 W/mK. Son épaisseur est de 18 mm.
Le calcul de la résistance thermique de l’espace technique tient compte de la présence combinée des chevrons en bois (λU = 0.13 W/mK) et de la laine de bois STEICO FLEX (λU = 0.038 W/mK).
Les deux plaques de plâtre enrobé ont chacune une résistance thermique R = 0.050 m²K/W (valeurs par défaut de la réglementation PEB).
Les coefficients de transmission thermique sont les suivants :
Vitrage -> Ug = 1.0 W/m²K
Fenêtre -> Uw = 1.3 W/m²K
A l’époque des travaux
Ug devait être inférieur à 1.3 W/m²K
Uw devait être inférieur à 2.0 W/m²K
Les vitrages ont un facteur solaire g = 0.53, sauf ceux qui sont orientés au Sud qui ont un facteur solaire g = 0.28 de manière à réduire les apports solaires et diminuer ainsi la surchauffe durant la saison chaude.
Nouvelle fenêtre.
La coupure thermique dans le châssis en aluminium de la porte d’entrée. (seuil « suisse »)
Les châssis sont placés dans l’épaisseur de l’ossature de façon à créer une continuité entre l’isolation de la façade et la coupure thermique dans le châssis.
La toiture plate
La toiture réalisée est ce que l’on appelle une toiture compacte. Il s’agit d’une toiture plate dont l’isolant est placé à l’intérieur du support en bois sans lame d’air entre les différentes couches.
Un écran pare-vapeur étanche à l’air doit être placé sous le support.
Il ne s’agit pas d’une toiture froide, car pas d’espace ventilé entre l’isolant et la membrane d’étanchéité.
La toiture compacte.
Membrane TPO.
Panneau OSB 22 mm.
Cales de pente + cellulose.
Gîtage en bois + cellulose 22 cm.
Frein-vapeur souple.
Lattage.
Finition intérieure.
Le coefficient de transmission thermique obtenu est U = 0.14 W/m²K. Cette valeur est nettement inférieure à la valeur maximale admissible pour les toitures qui est actuellement Umax = 0.24 W/m²K.
La réalisation de ce type de toiture est très délicate. Un grand nombre de règles doivent être respectées. La mise en œuvre doit être très soignée.
Des simulations hygrothermiques ont été réalisées pour déterminer les caractéristiques du frein-vapeur à mettre en œuvre et s’assurer de la sécurité de la construction. Cela a été réalisé par des spécialistes, car il y a énormément de paramètres à déterminer à entrer dans le calcul. De plus et il est parfois très difficile d’interpréter correctement les résultats finaux.
On a tenu compte pour le calcul à l’aide du logiciel WUFI ®, des caractéristiques de la membrane d’étanchéité, de la classe de climat intérieur dans le bâtiment et de l’absence d’ombrage sur la toiture.
L’élément de toiture a été contrôlé avec l’utilisation du pare-vapeur prévu posé de manière durement étanche à l’air. Le potentiel d’assèchement du panneau OSB a été simulé sur 6 années. Il est ainsi constaté que la courbe est descendante et la teneur en eau maximale ne dépasse pas 20 %. Le choix du frein-vapeur est donc approprié.
Simulation sur 6 années du potentiel d’assèchement (WUFI ®).
Raccord toiture plate – façade.
La toiture plate sur le nouveau bâtiment.
Le frein vapeur avec les lattes de fixation prêtes
à recevoir le faux plafond.
Le plancher inférieur en contact avec le sol
Le plancher posé sur le sol est isolé par 12 cm de mousse de polyuréthane (PUR) projeté. L’isolant est posé sur a dalle de sol en béton armé. Il est recouvert par une chape de béton armé lissé.
Composition du plancher.
Sol.
Géotextile.
Empierrement.
Sable stabilisé.
Dalle de sol en béton armé 20 cm.
PUR projeté 12 cm.
Chape de béton armé lissé.
Pied de la façade.
Bloc de béton cellulaire servant d’assise à l’ossature.
Cet immeuble situé dans la commune de Schaerbeek (Région Bruxelles–Capitale) a été réalisé entre 2008 et 2010 par différentes ASBL de la Région désireuses de rassembler leurs bureaux dans un même bâtiment. Ses performances énergétiques poussées en ont fait à l’époque le plus grand projet de bureaux en Belgique conçu selon le standard passif. Il a été récompensé en 2007 par le label bâtiment exemplaire de Bruxelles Environnement pour ses qualités en matière d’environnement et d’économie d’énergie.
– Architecte : Architectesassoc./Sabine LERIBAUX & Marc LACOUR.
– Chef de projet : Elodie Léonard.
Le bâtiment
Le bâtiment a une forme simple et compacte adaptée aux dimensions du terrain. Il possède un patio en son centre apporte de la luminosité pour tous les espaces de bureaux.
Implantation sur le terrain (source Architecte).
Il est affecté principalement à la fonction de bureaux. 7 300 m² sont répartis sur 6 étages hors sol. Il possède également deux étages en sous-sol utilisés comme garages et réserves d’archives et abritant tous les locaux techniques.
Un bâtiment compact (source Google Maps).
La superstructure du bâtiment est en béton armé préfabriqué (colonnes, poutre, dalles). Quelques voiles en béton assurent la triangulation verticale. Les espaces intérieurs sont ainsi très dégagés et permettent de nombres possibilités d’aménagements.
La structure en béton (source BE).
Les façades rideaux sont constituées de cadres en bois massif (essence douglas, bois indigène provenant de l’Ardenne belge) préfabriqués accrochés à la structure en béton. Ces cadres sont autoporteurs. Ils ont la hauteur d’un étage et correspondent en largeur à la trame de façade (90 cm).
La façade rideau (source BE).
La façade rideau
La modulation
La trame intérieure du bâtiment est basée sur des axes distants de 2.70 m (= largeur minimale d’un bureau). Des axes intermédiaires divisent cet entraxe en trois parties égales de 0.90m.
Les éléments de façade ont des dimensions adaptées à cette trame. Ils ont une largeur de 0.90 m.
Trois modules de base différents ont été conçus.
Largeur complètement vitrée (fenêtre fixe);
largeur vitrée sur 2/3 de la largeur totale (fenêtre fixe + projetant extérieur en partie haute);
largeur complètement opaque.
Les modules partiellement vitrés et les modules opaques sont visuellement divisés en modules de 30 et 60 cm. Ils peuvent être gauches ou droits.
Les trois différents modules (source Belgo Métal / Kyotec Group).
Les modules sont alternés de manière à éviter tout systématisme visuel à la façade tout en permettant à l’intérieur un cloisonnement souple et efficace des bureaux. Les façades des zones bureaux sont constituées de l’alignement de chacun des trois éléments. Sur 2.70 m on retrouve donc systématiquement un élément plein, un élément vitré et un élément semi-vitré permettant la ventilation.
La répétition n’est pas visible.
Les modules
Composition des modules préfabriqués, parties opaques :
structure porteuse en bois massif (essence douglas);
panneau multiplex perforé;
isolant phonique (20 mm, laine de roche);
membrane étanche à l’air;
isolant (150 mm, Resol3);
panneau de contreplaqué marin (ou bakellisé);
panneau isolant (50 mm, Résol);
tôle;
couche de verre translucide blanc;
exutoires de ventilation horizontaux et verticaux;
Les éléments sont livrés sur chantier complets sauf le panneau de finition intérieure fragile en multiplex perforé avec son isolation. Il est posé lorsque l’élément est déjà mis en place. De cette manière, cette finition reste intacte malgré les aléas liés à la manipulation des éléments.
Le panneau intérieur placé en fin de chantier.
Les fixations
Les éléments sont autoportants. Ils sont suspendus en partie haute et reposent en partie basse sur une lisse de départ ou sur les éléments de l’étage inférieur.
Les platines de fixation (source BE).
Les plaques de fixation sont boulonnées au béton. Des œillets dans la plaque permettent un réglage horizontal de la plaque dans les deux directions. Un étrier est suspendu à la plaque. Il peut être réglé verticalement à l’aide d’écrous. Sur l’étrier reposent des cornières fixées en usine aux cadres des éléments de la façade. Les étriers coulissent verticalement dans des évidements en forme de « L » réalisés dans la plaque de support.
Schéma de principe des fixations réglables.
La pose des premiers cadres (source BE).
L’étanchéité à l’air
L’étanchéité à l’air entre modules est assurée par des bandes préformées en EPDM insérées dans des rainures verticales et horizontales creusées dans les montants et traverses des cadres en bois.
Les bandes horizontales sont munies d’une bavette en pente vers l’extérieur.
L’étanchéité à l’air des éléments de façade complets et totalement parachevés a été contrôlée en laboratoire sur un banc d’essai. L’étanchéité à l’air du bâtiment a ensuite été vérifiée sur chantier.
Bandes d’étanchéité verticales en place.
Rainure pour bande d’étanchéité verticale;
bande d’étanchéité horizontale avec bavette.
Étanchéité entre les cadres de la façade rideau (source BE).
Les performances thermiques
Le projet répond à l’exigence du standard passif.
Les parties opaques de la façade-rideau ont une valeur U moyenne d’environ 0.17 W/m²K tandis que les parties vitrées ont une valeur U moyenne d’environ 0.82 W/m²K. Le U moyen est de 0.29 W/m²K.
La compacité élevée du bâtiment (3.76) permet à celui-ci d’obtenir un niveau d’isolation thermique global K égal à 15.
Calcul de la déperdition thermique des encadrements (source Kyotec Group).
Une bonne étanchéité à l’air
Le blower-door test effectué sur le bâtiment a montré que le renouvellement d’air à 50 Pa (n50) était inférieur à 0.46/h. Cette valeur est meilleure que celle exigée pour les bâtiments passifs : n50 < 0.60/h.
Ce résultat a été obtenu grâce à la conception des éléments et à la qualité de leur fabrication en atelier.
Les tests d’étanchéité exigés pour les façades-rideaux de type « cadre » permettent d’atteindre une bonne étanchéité à l’air (niveau requis suivant les normes européennes).
Les bandes d’étanchéité en EPDM entre les cadres ont été correctement placées sur chantier.
Test d’étanchéité après installation (source BE).
La maîtrise des risques de surchauffe
Les bâtiments de bureaux, de par la présence des équipements électriques (éclairage et électronique), sont sujets à un important risque de surchauffe en été. Dans le cas présent, différents systèmes ont été mis en œuvre pour maîtriser ce risque sans avoir recours à une climatisation active.
Gestion de la surchauffe (sources Architecte et Cenergie).
Régulation fine de l’éclairage basée sur les besoins
Les appareils d’éclairage sont couplés à des sondes de régulation pour compensation des manques de lumière jour et à des détecteurs de présence.
Luminaires à haut rendement
Consommation inférieure à 2 W/m² pour 100 lux.
Masse accessible
Il n’y a pas de faux plafond et les faux planchers servent de plénum pour l’air neuf. La masse des planchers en béton est ainsi accessible et permet un déphasage dans les variations thermiques. Cette masse est refroidie la nuit par la ventilation de nuit (free cooling).
Surface limitée des vitrages (concerne les façades-rideaux)
Il n’y a pas de grandes surfaces vitrées. Un juste compromis a été trouvé entre l’avantage d’un éclairage naturel et une limitation des apports solaires dans un bâtiment de bureau où le risque de surchauffe lié aux apports internes est grand.
Protections solaires automatiques extérieures réglables (concerne les façades-rideaux)
Les fenêtres sont équipées de stores à lamelles inclinables commandées automatiquement par un système de régulation connecté à diverses sondes (vent, ensoleillement, températures intérieures et extérieures).
Lorsque la fenêtre s’ouvre (vers l’extérieur) le store a été avancé par rapport au plan de la façade de manière permettre la manœuvre de celle-ci sans risque d’accrochage.
Les protections solaires automatiques.
Les lamelles sont horizontales en position standard. Lorsque nécessaires, elles sont inclinées en fonction de la position du soleil. Les lamelles sont manœuvrées lorsque la température intérieure dans la zone concernée dépasse la température conventionnelle de confort (23.5 °C) et que le rayonnement solaire en fonction de l’orientation dépasse la valeur conventionnelle de 100 W/m². Lorsqu’il y a risque de gel.
La position est ajustée toutes les 15 minutes.
Free cooling automatique de nuit (concerne les façades-rideaux)
La ventilation nocturne s’effectue par aspiration de l’air frais le soir à l’intérieur des bureaux, via les ouvrants des fenêtres (projetant extérieur) manœuvrés automatiquement. L’air est extrait en toiture.
A l’endroit des fenêtres ouvrant vers l’extérieur le store a été écarté pour permettre la manœuvre de la partie mobile. Le système présente des risques d’effraction faibles.
Le haut du châssis en position ouverte pour la ventilation.
Puits canadien
En été, pendant la journée, l’air neuf parcourt 45 mètres sous terre dans un puits canadien avant de pénétrer dans le bâtiment. Il est ainsi rafraîchi par le sol dont l’inertie thermique maintient la température nettement en dessous de la température de l’air extérieur. Le puits canadien est réalisé à l’aide de 4 tubes en béton de grand diamètre (+/- 70 cm) suffisamment distants les uns des autres pour solliciter la fraîcheur d’un maximum de sol.
Le puits canadien (sources Architecte et BE).
L’efficacité des mesures passives adoptées
Des mesures ont été effectuées en plein été 2010. Elles montrent l’impact des systèmes adoptés sur la température. Le graphique ci-dessous indique la température mesurée à l’intérieur du 4ème étage entre le 21 et le 28 juillet 2010.
Le bâtiment est refroidi chaque matin grâce à la ventilation intensive de nuit. Ce refroidissement a été moins efficace la nuit du 21 au 22 juillet car la température extérieure est descendue moins bas. La journée la température est stabilisée grâce aux protections solaires, à l’inertie thermique du bâtiment, à la ventilation diurne faisant usage des puits canadiens.
Température intérieure au 4ème étage en été (source Architecte et Cenergie).
refroidissement nocturne;
température haute la nuit;
stabilisation de la température en journée.
Le tableau ci-dessous indique que si l’on interrompt la ventilation de nuit, la température est stable, mais élevée, ce qui démontre l’efficacité la stratégie de décharge nocturne.
Courbes des températures lorsqu’il n’y a pas de ventilation intensive de nuit.
(source Architecte et Cenergie).
ventilation de nuit active;
ventilation de nuit inactive.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été développée grâce aux informations fournies par le bureau d’architecture ayant conçu le bâtiment.
Architectesassoc. M. Lacour – S. Leribaux
Notre interlocuteur fut Madame Élodie Léonard, chef de projet.
Téléphone : 02/410 76 77 – Email : info@architectesassoc.be – Site : www.architectesassoc.be
Les activités de recherche et les laboratoires du Centre Scientifique et Technique de la Construction (CSTC) sont implantés à Limelette. En 2015, le bâtiment de bureaux principal du Centre à bénéficié de lourds travaux de rénovation.
L’installation d’éclairage fut un point d’attention majeur de ces travaux de rénovation; l’objectif principal étant d’offrir un confort visuel maximal tout en garantissant des consommations énergétiques minimales.
Couloir après rénovation
La rénovation de l’éclairage du bâtiment du CSTC en quelques chiffres
Une superficie d’environ 2000 m² répartis sur 3 niveaux et un 60 taine de locaux ;
279 anciens luminaires démontés représentant une puissance installée totale de 28 067 Watts ;
387 nouveaux luminaires installés représentant un puissance installée totale de 10 221 Watts ;
Une densité de puissance installée moyenne de 6,6 W/m² dans les locaux de bureaux et de salles de réunion ;
Un gain de 68 % sur la puissance installée pour ces mêmes locaux ;
Des luminaires présentant une efficacité lumineuse atteignant jusqu’à 148 lm/W.
L’installation avant rénovation
Le bâtiment du CSTC est composé de bureaux individuels, de différentes salles de réunion et d’une grande salle de conférence. Il abrite également une bibliothèque, la cuisine ainsi que le mess du personnel.
Avant rénovation
Après rénovation
Les bureaux individuels étaient éclairés par 3 ou 4 luminaires carrés (60×60) encastrés et équipés chacun de 4 tubes fluorescents T8 de 18 W.
Des armoires revêtues d’un plaquage en bois étaient encastrées dans des murs en briques apparentes de teinte jaune. Le sol était composé d’un revêtement souple en linoleum de teinte jaune également.
La commande de l’éclairage était manuelle via un interrupteur permettant allumage et extinction. Le nombre réel d’heures de service des luminaires et la gestion parcimonieuse de leur utilisation selon les besoins était donc entièrement fonction de l’utilisateur.
Pour chaque bureau individuel, la consommation électrique annuelle a été estimée par la méthode PEB à 546 kWh par an, soit l’équivalent d’environ 93 €HTVA et d’une émission de CO2 de 163 kilos chaque année.
Caractéristiques avant rénovation
Puissance des luminaires
86,4 W
Nombre de luminaires par bureau
3
Superficie moyenne d’un bureau
16,46 m²
Puissance installée
15,7 W/m²
Nombre d’heures d’occupation du bureau
2 341 h/an
Consommation estimée
546 kWh/an
Bureau individuel avant rénovation – Vue vers la façade
Bureau individuel avant rénovation – Vue vers la façade
L’installation après rénovation
Une attention particulière a été apportée à la gestion de l’éclairage : chaque bureau a été équipé d’une détection de présence ainsi que d’une gradation du flux lumineux en fonction de l’éclairage naturel.
Détecteurs
Chaque bureau individuel est à présent équipé de deux luminaires à LED avec diffuseur microprismatique. Le choix de cette optique s’avère particulièrement judicieux pour éviter tout risque d’éblouissement et de reflets gênants, en particulier lors d’un travail sur écran.
La commande de l’éclairage se fait à la fois de manière automatique, via un détecteur de mouvement mais peut également faire l’objet d’une dérogation par l’utilisateur via un simple interrupteur.
Une gradation du flux lumineux s’opère de manière automatique en fonction de l’apport d’éclairage naturel via des détecteurs de luminosité.Ce niveau de gradation peut également être modifié librement par l’utilisateur à l’aide du même interrupteur permettant l’allumage et l’extinction.
Ces luminaires à LED, couplés au système de gestion, permettent d’économiser jusqu’à 81 % d’énergie!
Caractéristiques après rénovation
Économies
Puissance des luminaires
40 W
Nombre de luminaires par bureau
2
Superficie moyenne d’un bureau
16,46 m²
Puissance installée
4,9 W/m²
69 %
Nombre d’heure d’occupation du bureau
2 341 h/an
Consommation estimée
105 kWh/an
81 %
Bureau individuel après rénovation – Vue vers le couloir
Bureau individuel après rénovation – Vue vers la façade
Le cas particulier de la salle de conférence
Avant rénovation
Après rénovation
Dans la salle de conférence, l’amélioration de l’efficacité énergétique des luminaires est maximale avec une puissance installée de 12 442 Watts (soit 39,2 W/m²) avant rénovation et de 1 528 Watts (soit 5,1 W/m²) après rénovation. Ceci représente une amélioration de près de 87%!
Avant rénovation, les 96 luminaires qui étaient installés dans la salle de conférence étaient particulièrement énergivores et comptaient chacun 6 tubes fluorescents de type T8. La puissance installée représentait ainsi 41 % de l’ensemble de la puissance installée de tout le bâtiment.
Après rénovation, 83 luminaires de type downlight ont été installés, intégrant la possibilité de moduler le flux lumineux en fonction de l’ambiance souhaitée. L’amélioration de la puissance installée supérieure à la moyenne a permis de baisser cette proportion à 12 % de l’ensemble de la puissance installée de tout le bâtiment.
Située au cœur du village de Bonlez, à proximité de Wavre et de Louvain la Neuve, la maison de repos « Aux Lilas » accueille 52 résidents dans 40 chambres individuelles et 6 chambres doubles réparties sur 2 étages.
Totalement rénovée récemment, le choix a été fait de couvrir 100 % de ses besoins en chaleur grâce aux technologies renouvelables.
60 % à 70 % de la préparation de l’eau chaude sanitaire est assurée par des capteurs solaires, le reste par la chaudière du chauffage central.
L’installation de chauffage solaire et la chaufferie sont situées dans deux locaux séparés.
Choix de la technologie
Il existe deux types de circuits primaires dans les capteurs solaires thermiques : le système classique, sous pression et le système à drainage gravitaire.
Le système classique sous pression comprend entre autres un vase d’expansion et une soupape de sécurité et de vidange manuelle avec recueil des fluides évacués. Il ne se vidange pas à l’arrêt de la pompe. Le liquide reste dans les capteurs, surchauffe, se vaporise et se détériore avec le temps. De plus, l’utilisation d’antigel dans le fluide solaire est nécessaire, car en hiver, par temps clair, la température des capteurs peut descendre fortement sous 0 °C.
La surchauffe limite techniquement le dimensionnement à environ 40 % à 45 % de fraction solaire (pourcentage d’économie pouvant être réalisé). Ce système nécessite une maintenance plus importante. Il est le seul utilisable lorsqu’il n’est pas possible d’éviter les contre-pentes dans le circuit.
Système classique sous pression.
Le système basé sur le drainage gravitaire(drainback), va permettre aux capteurs solaires de se vidanger de façon naturelle et passive à chaque arrêt de la pompe de circulation. Le fluide est ainsi à l’abri des surchauffes et du gel. Le circuit ne peut évidemment pas présenter la moindre contre-pente.
Ce circuit est rempli partiellement d’air et de fluide solaire. La régulation ordonne à la pompe de fonctionner dès le moment où elle perçoit que de l’énergie solaire peut être délivrée aux ballons d’eau sanitaire. Une fois les ballons à température ou lorsque l’apport énergétique délivré par les capteurs est devenu insuffisant, la pompe est mise à l’arrêt. Le fluide contenu dans les capteurs redescend par gravité dans le réservoir de drainage placé en chaufferie. Il prend la place occupée par l’air qui remonte naturellement vers les capteurs. Les capteurs sont alors hors gel et hors surchauffe. Au contraire du fluide dans un système sous pression, l’air peut être chauffé et comprimé sans se dégrader de façon irréversible et sans endommager le reste de l’installation.
Système à drainage gravitaire.
A Bonlez, c’est le système à drainage gravitaire qui a été placé. Grâce à cela, une plus grande surface de capteurs solaires a pu être installée sans risque de surchauffe.
Les apports solaires dépendent de la surface des capteurs solaires. Le graphique ci-dessus montre bien que l’augmentation de la surface de capteurs permise grâce au système gravitaire fait passer la fraction solaire de 40-45 % à 60-70 %.
Choix de la surface optimale
L’énergie nécessaire pour chauffer l’eau chaude sanitaire de la maison de repos est de : 67 240 kWh par an.
Plus on place de surface de capteur solaire, plus on couvrira une partie importante du besoin en énergie avec de l’énergie solaire, plus le coût de l’installation augmentera également.
Des simulations sont effectuées pour différentes surfaces de capteurs et différents volumes de stockage pour déterminer pour chacune d’elle l’apport solaire total annuel et donc la fraction solaire.
Fraction solaire en fonction de la surface du capteur.
Résultat des simulations.
Les aides publiques favorisant l’installation d’un système solaire thermique en Région wallonne étant liées au nombre de lits, la courbe du coût total du chauffage de l’eau de l’eau sur 20 ans possède un point bas marqué pour environ 200 m² de capteurs solaires.
Coût total pour chauffer l’eau sur 20 ans.
Ce point bas reste le même pour les trois scénarios de l’évolution de l’énergie.
Scénario 1 : le prix du pétrole évolue comme il l’a fait les 15 dernières années.
Scénario 2 : le prix du pétrole évolue un peu moins.
Scénario 3 : le prix du pétrole évolue beaucoup moins.
Influence du prix du pétrole sur le coût total.
Le choix du client
Le client a choisi une installation de dimensions légèrement inférieures à l’optimum pour réduire son investissement de départ tout en conservant une fraction solaire élevée. La surface des capteurs correspond également à la surface disponible en toiture ce qui optimise les coûts.
Le tableau ci-dessous compare pour le scénario 1 (le prix du pétrole évolue comme il l’a fait les 15 dernières années) les résultats pouvant être théoriquement atteints en fonction des différents choix :
sans solaire;
système solaire classique;
système solaire optimum;
système solaire choisi par le client.
Le client a choisi une installation de dimensions légèrement inférieures à l’optimum pour réduire son investissement de départ tout en conservant une fraction solaire élevée.
L’installation réalisée
Schéma de l’installation telle qu’elle a été réalisée.
5 lignes de 12 capteurs de 2.5 m² ont été installées, pour une superficie totale de 150 m².
Les capteurs solaires.
Il y a 7 réservoirs de stockage.
Les réservoirs de stockage.
Un échangeur à plaque est placé entre le circuit primaire et le circuit secondaire. Le système du circuit primaire est à drainage gravitaire. Un réservoir de drainage isolé thermiquement de 400 litres recueille le fluide du circuit primaire lorsque le système est à l’arrêt.
L’échangeur thermique entre le circuit primaire et le circuit secondaire.
L’eau chaude sanitaire est chauffée par le système solaire thermique grâce à un échangeur à plaques.
L’échangeur à plaque pour le chauffage de l’ECS.
Le boiler pour l’eau chaude sanitaire est situé dans la chaufferie. Le système central du chauffage assure l’appoint nécessaire en cas d’insuffisance solaire.
Le boiler ECS.
Bilans
Bilan énergétique
Les simulations ont montré que la fraction solaire utile est de 63.1 %.
L’énergie économisée par an est de 67 265 kWh x 0.631 = 42 444 kWh.
Cette énergie fournie chaque année par le rayonnement solaire ne doit pas être produite par la chaufferie.
95 % de cette énergie aurait été produite par la chaudière à pellets : 40 322 kWh.
5 % de cette énergie aurait été produite par la chaudière d’appoint au mazout : 2 122 kWh.
Le rendement de la chaudière à pellets étant de 90 %, l’énergie consommée par celle-ci aurait été de 40 322 kWh / 0.90 = 44 802 kWh extraits de la biomasse.
Le rendement de la chaudière à mazout étant de 96 %, l’énergie consommée par celle-ci aurait été de 2 122 kWh / 0.96 = 2 210 kWh extraits d’un combustible fossile.
Gain économique
Au prix du mazout de 2016, soit environ 0.53 €/l (tarif 14/06/2016), le gain économique annuel sur la facture de mazout, consécutif à l’installation du système solaire est d’environ 117.00 €.
Au prix des pellets de 2016, soit environ 0.25 €/kg, le gain économique annuel sur la facture de pellets, consécutif à l’installation du système solaire est d’environ 2016.00 €.
Le gain économique total est donc de 2 133.00 €/an. correspondant à une réduction de la facture de 63 % pour la production d’ECS.
L’avantage économique majeur du système solaire réside dans le prix constant du kWh solaire. Alors que, pour les énergies fossiles ou issues de la biomasse, les scénarios les plus réalistes tablent sur une augmentation des prix de l’énergie dans le futur. Il va de soi que si le prix du combustible double, l’économie financière réalisée est également doublée.
Bilan environnemental
Émissions de CO2 évitées
Chauffer l’eau avec le soleil diminue d’autant la production de CO2. Même si l’énergie utilisée pour chauffer l’eau avait été produite à partir de pellets dont la combustion est censée ne pas produire de CO2 , ceux-ci auraient pu être utilisés ailleurs. La seule production de CO2 proviendrait de la combustion du mazout utilisé comme combustible d’appoint en remplacement des pellets.
Dans ce home, la combinaison du chauffage solaire pour l’ECS avec un appoint produit par la biomasse est particulièrement favorable à la préservation du climat.
Autres Impacts
Les autres impacts positifs d’un tel projet résident dans la visibilité du système solaire, rejaillissant sur l’image « durable » de la maison de repos Aux Lilas.
Partenaires du projet et contacts
Cette étude de cas a été rédigée à l’aide des informations fournies par les entreprises qui ont mis en place les installations et du facilitateur Énergie Solaire Thermique.
Service Facilitateur Energie Solaire Thermique – Grands Systèmes – Région wallonne
Monsieur Bernard HUBERLANT FacSolthermWallonie@3E.eu
Installateur du système solaire
Monsieur Jean-Yves PEUGNIEU jyp@sunoptimo.com
L’école La retraite qui accueille chaque jour près de 530 élèves à Bruxelles. On distingue deux bâtiments principaux : le plus ancien de 3 500 m² construit aux environs des années 1880 et un second de 940 m² construit en 1995. Ces deux bâtiments ont chacun un système de chauffage distinct. Le plus grand des deux, le plus ancien, avait un chauffage central au mazout qui a été remplacé par un chauffage central au gaz. Il fera l’objet de ce document.
Le programme PLAGE
En 2009, Bruxelles Environnement a lancé le programme « PLAGE écoles » ou Programme Local d’Action de Gestion de l’Énergie pour une durée de 4 ans.
Il s’agissait d’établir un cadastre énergétique des écoles de Bruxelles et d’aider un échantillon d’établissements à mettre en place une politique d’utilisation rationnelle de l’énergie et à se réapproprier la question énergétique, plus souvent « subie » que réellement « gérée ».
Cette mission consistait à définir une méthode centrée sur l’URE et à accompagner les acteurs dans cette démarche, sur quatre années.
Sur l’ensemble des écoles étudiées pour le réseau du SeGEC, seulement vingt ont été définies comme étant prioritaires, soit 10 % des implantations scolaires de ce réseau. Malheureusement, bien qu’il ait été auditionné, le lycée La Retraite n’en faisait pas partie. Il a pu cependant bénéficier d’un accompagnement et de conseils dans sa démarche de rénovation.
Description de l’ancienne installation
Schéma de principe de l’installation
L’ancienne installation de chauffage comprenait une chaudière à mazout unique et un réseau de distribution classique. Les corps de chauffe sont du type radiateur.
Schéma de principe de l’ancienne installation de chauffage du Lycée « La Retraite ».
À la production, on trouvait une chaudière au mazout de 450 kW avec un brûleur à deux allures.
L’installation était simple et la consommation relativement faible, mais au détriment du confort.
De plus, la chaudière, peu performante était en mauvais état et tombait souvent en panne. L’installation contenait de l’amiante. La citerne à mazout était ancienne et encombrante. Une odeur de mazout flottait dans les caves. L’impact environnemental était loin d’être idéal.
Il a donc été décidé de rénover la chaufferie.
Choix de la nouvelle installation
Une installation est traditionnellement pilotée au moyen d’une régulation numérique relativement complexe connectée à diverses sondes. Souvent des nouvelles installations sont calquées sur ce modèle complexe de régulation (cf. schéma ci-dessous).
Schéma d’une installation classique de chauffage avec production d’eau chaude sanitaire.
Dans les écoles, la mise en service d’une telle installation présente certaines inconvénients et difficultés.
Comment choisir un local témoin pour placer les sondes de compensation au Sud ? Dans les classes, la présence des élèves modifie rapidement la température de l’air. Dans le local témoin, cette température est détectée par la sonde qui agit sur les vannes mélangeuses. Mais, toutes les classes ne sont pas occupées en même temps de la même manière et ne demandent donc la même chaleur. La régulation est donc faussée.
La demande en eau chaude sanitaire n’est pas synchronisée avec la demande en chaleur. Elle existe également en été. Elle nécessite aussi temporairement de l’eau à une température plus élevée, ce qui n’est pas favorable au rendement des chaudières à condensation.
La régulation est complexe et peu intuitive (effet de boîte noire). Elle nécessite aussi des réglages en début de fonctionnement. Le chauffagiste sous-traite souvent cette régulation au fabricant… qui ne connaît pas bien le bâtiment. Les réglages risquent d’être mauvais, le rendement de l’installation ou le confort diminuent. Dans le pire des cas, la régulation finit par être mise en mode manuel avec toutes les conséquences néfastes que l’on peut imaginer pour le rendement.
Installation traditionnelle existante (conservée) dans le bâtiment de 1995.
Il a donc été décidé de réaliser une installation simplifiée possible grâce aux évolutions techniques apparues ces dernières années.
La préparation de l’eau chaude sanitaire sera réalisée par une production indépendante décentralisée.
La température de la chaudière sera modulée en fonction de la température extérieure (régulation climatique).
Des vannes à trois voies motorisées pour régler la température des boucles secondaires ne sont pas nécessaires.
Un seul circulateur à vitesse variable sera placé à la sortie de la chaudière. Il sera mis en fonctionnement par une horloge annuelle, pontée par un contact antigel et un bouton de dérogation pour gérer les imprévus. Le tout ne fonctionnera que si la température extérieure est inférieure à 15°C.
La chaudière à condensation sera capable de supporter un débit nul. Elle n’est mise en route que si le circulateur est en demande.
Il ne reste dès lors qu’à régler la courbe de chauffe de la chaudière et l’horloge du circulateur ainsi que la température extérieure qui l’enclenche. La conduite est simple et efficace.
Grâce aux vannes thermostatiques, la régulation est précise et spécifique à chaque local quels que soient son taux d’occupation, sa localisation, la température demandée et les conditions atmosphériques.
Schéma de l’installation de chauffage réalisée.
Les différents éléments
La nouvelle chaudière gaz à condensation de 400 kW.
La régulation très simplifiée intégrée à la chaudière explicite et facile à l’emploi.
Un seul circulateur à vitesse variable.
Circuit primaire de type ouvert avec le départ des différentes boucles de chauffage (pas de vanne à trois voies motorisée).
Les conduites sont correctement isolées.
Les nouvelles vannes thermostatiques de type « institution ».
Attention, lorsque la vanne est cassée, il n’y a plus de régulation.
Le circuit est entièrement ouvert et la pompe tourne.
(Dans les endroits où le risque de heurter la vanne est grand,
il est intéressant de placer celle-ci parallèlement au mur.)
Quelques chiffres (en 2010)
Coût des travaux
Raccordement (adduction gaz)
6 762 €
Détection gaz
3 525 €
Raccordement eau (+ traitement)
2 692 €
Chaudière
22 650 €
Évacuation gaz (tubage cheminée)
4 882 €
Circulateur
4 450 €
Vase d’expansion
2 350 €
Hydraulique
13 515 €
Électricité
3 800 €
Réception
1 000 €
Démontage hydraulique existant
2 000 €
67 626 €
Vannes thermostatiques (117 pièces)
14 101 €
Neutralisation citerne
1 600 €
15 701 €
TOTAL HTVA
83 327 €
Consommation du bâtiment
Avant les travaux : 37 000 litre de mazout par an -> 105 kWh/m².an
Après les travaux : 28 000 m³ de gaz par an -> 80 kWh/m².an
Diminution de la consommation : +/- 24 % avec une augmentation importante du confort dans les classes.
Informations complémentaires
Cette étude de cas a été réalisée avec l’aide de l’asbl CRAIE – Cellule pour la rationalisation et l’aide à la gestion énergétique. Cette structure a été mise en place par d’anciens membres du projet PLAGE. Elle est opérationnelle depuis janvier 2015. Elle est agréée pour la réalisation de certificats PEB (bâtiments publics). Elle s’occupe actuellement exclusivement des écoles catholiques à Bruxelles.
Située au cœur du village de Bonlez, à proximité de Wavre et de Louvain la Neuve, la maison de repos « Aux Lilas » accueille 52 résidents dans 40 chambres individuelles et 6 chambres doubles réparties sur 2 étages.
Totalement rénovée récemment, le choix a été fait de couvrir 100 % de ses besoins en chaleur grâce aux technologies renouvelables.
Description de l’installation de chauffage au bois
La chaudière à pellets
La chaudière à pellet 220 kW avec ses accessoires.
La chaudière à pellets KÖB PYROT a une puissance nominale de 220 kW alors que la puissance maximale demandée lors des froids extrêmes est de 320 kW. Soit environ 70 % de la puissance totale. Ce choix se justifie par une étude préalable dont les résultats sont représentés dans les deux figures suivantes. En effet, à cette puissance, la chaudière peut couvrir environ 95 % de la consommation annuelle.
Appels de puissance dans le bâtiment sur une saison de chauffe.
Taux de couverture de la chaudière en fonction du
rapport entre sa puissance et de la puissance totale.
Résultats :
La durée de vie de la chaudière est optimisée. Elle fonctionnera environ 2 000 heures par an sans s’arrêter et redémarrer trop fréquemment.
Pour environ la même production d’énergie, l’investissement est plus faible que si une chaudière plus puissante avait été choisie et sera donc plus vite amorti.
La chaudière
Ventilateur à rotation. Il ne crée pas de surpression, mais favorise la combustion par turbulence;
chargement automatique du combustible (ici des pellets);
foyer;
extracteur des fumées;
décendrage interne;
système de recirculation des gaz de fumées/air secondaire régulé;
ventilateur d’allumage.
La chaudière est également équipée d’une série d’accessoires en option qui maintiennent la chaudière à son meilleur niveau de fonctionnement et espace la fréquence entre les interventions :
Nettoyage pneumatique automatique des carnaux;
dépoussiéreur ;
décendrage automatique.
Grâce à ces équipements, les nettoyages/entretiens ne sont nécessaires que toutes les 300 heures de fonctionnement. Lors de l’entretien, le technicien effectue non seulement toutes les interventions prévues à l’échéancier, mais également toutes les autres de manière à être certain qu’aucune ne soit oubliée entre les entretiens. Il a lieu environ 6 fois par an. (1 800 à 2 000 heures de fonctionnement divisées par 300).
Il est à noter qu’un espace important est requis pour le nettoyage de certaines parties. Par exemple, il faut un espace suffisant pour pouvoir introduire les écouvillons dans les tubes situés au-dessus du foyer lorsqu’il est nécessaire de les nettoyer.
La chaudière d’appoint
Une chaudière d’appoint au mazout, de la puissance totale à fournir (320 kW) servira à prendre le relais lorsque la chaudière à pellets ne suffit plus (puisqu’elle ne couvre que 95 % des besoins). Elle servira aussi de backup en cas de panne (ce qui n’est pas encore arrivé) ou lors des entretiens qui nécessitent la tombée en température de la chaudière à pellets. Cela demande un certain temps à cause de son inertie thermique. La chaudière est arrêtée le soir de la veille du jour de l’entretien pour que sa température soit suffisamment basse au matin pour que les techniciens puissent agir. L’entretien lui-même dure environ une demi-journée.
La chaudière à mazout d’appoint 320 kW.
Les ballons de stockage
Le cycle de démarrage et d’arrêt d’une chaudière à pellet est très long (1 h – 2 h). Il faut donc prévoir un stockage thermique adapté. Dans le bâtiment concerné, 3 ballons tampons ont été placés. Ils contiennent ensemble environ 5 500 litres (2 x 2 000 litres + 1 x 1 500 litres).
Les trois ballons tampons.
Schéma de l’installation.
Le silo à pellets
La partie du bâtiment où devait s’installer les chaufferies est neuve. Son sous-sol pouvait donc être aménagé de manière optimale. Une zone a été réservée à la chaufferie, au silo à pellets et au local de préparation de l’eau chaude sanitaire par capteurs solaires thermiques. Le silo a donc pu être placé juste à côté de la chaufferie à proximité directe d’une cour facilement accessible de la rue au camion de livraison. Cela facilite l’approvisionnement même si en pratique le camion pourrait se trouver à une distance maximale de 30 m du silo puisque les pellets sont soufflés et pas déversés.
Configuration de la zone « chauffage à pellets ».
Le silo qui a été choisi est de forme rectangulaire allongée avec des planchers inclinés qui ramène les pellets vers une vis sans fin. La présence du fond incliné fait perdre une partie de l’espace disponible : près de 50 %. La perte augmente lorsque le local est plus large et lorsque la pente du fond est plus raide. D’autres solutions existent en fonction de la géométrie du local de stockage.
Silo – coupe transversale : le local ne peut être rempli complètement à cause des planchers inclinés.
Silo : espace non occupé sous les planchers inclinés.
Les pellets sont introduits dans le silo par insufflation. Leur vitesse est très grande et ils viennent frapper violemment le mur du fond. Une bâche souple et solide a été suspendue devant le mur pour absorber les chocs. On empêche ainsi la pulvérisation des pellets et l’érosion de la maçonnerie.
La bâche de protection au fond du silo.
Consommation, autonomie
Le cas de l’installation au bois de la maison de repos Aux Lilas à Bonlez illustre les enjeux de la conception d’une installation au bois.
Le vecteur énergétique est le pellet. La consommation annuelle moyenne estimée est de 86 tonnes/an ce qui correspond à environ 360 000 kWh/an Net (output chaudière). Les besoins totaux calculés étant de 379 000 kWh/an, la différence de 19 000 kWh/an est assurée par la chaudière au mazout qui consomme ainsi environ 2 000 litres par an.
Le silo a un volume utilisable d’environ 34 m³. Sa capacité est donc d’environ 22 tonnes. La quantité de pellets fournie par livraison est d’environ 17 m³, soit 11 tonnes. En fonctionnement, la chaudière consomme +/- 49 kg de pellets par heure ce qui lui donne une autonomie d’environ 224 heures de fonctionnement.
Pendant les mois de décembre, janvier et février la chaudière consomme +/-15 tonnes/mois. Cela représente 52 % de sa consommation annuelle. Durant cette période, la fréquence d’approvisionnement est donc légèrement inférieure à 1 livraison / mois. Le tampon de 11 tonnes permet évidemment une certaine souplesse. Les pellets brûlés durant les 6 mois d’hiver (période où la puissance demandée est supérieure à 30 % de la puissance disponible) représentent 87 % de la consommation annuelle.
Le bâtiment a été entièrement transformé et une nouvelle installation de chauffage devait de toute façon être placée. Il fallait choisir le combustible. Ce choix s’est porté sur les pellets.
Les chaudières au bois sont plus chères que leurs homologues au mazout, de plus, le gros œuvre fait croître considérablement les coûts.
Pour rentabiliser le surinvestissement par rapport à une chaudière fuel, les pellets doivent être par kWh significativement moins chers que le mazout. Ce n’est malheureusement pas le cas actuellement (en 2016), car le prix du mazout est particulièrement bas. L’histoire nous a cependant montré que le prix des combustibles fossiles est particulièrement volatil comme le montre la figure ci-après. Il fluctue fortement en fonction de la situation politico-économique mondiale. Outre l’insécurité que cela provoque, on constate que sa tendance est en moyenne à la hausse. Le prix des pellets est beaucoup plus stable. La source d’approvisionnement étant plus proche, la disponibilité et le coût sont moins tributaires des marchés internationaux ce qui garantit une meilleure sécurité.
Si on prend les prix d’octobre 2012 : mazout à 8.0 c€/kWh et 5.0 c€/kWh pour les pellets, on obtient une différence de 3.0 c€/kWh. En supposant que la chaudière au bois a un rendement équivalent à une chaudière au mazout standard, on retrouve cette différence de 3 c€ au niveau de la facture. La chaudière consomme 360 000 kWh/an. Par conséquent, si le prix des énergies devait rester stable à ce niveau, chaque année la consommation de pellets à la place de mazout permet d’économiser 10 800 €. Au regard de la durée d’utilisation d’un tel matériel qui avoisine les 20 ans, la rentabilité économique du projet serait clairement prouvée.
Performance environnementale
Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière à pellets permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Les pellets ou granulés de bois sont issus de sous-produits du bois la sciure qui est affinée, séchée et ensuite comprimée sans colle ni additif. Leur fabrication n’influence la bonne gestion des forêts.
Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO2 émis par kWh pour le mazout et de 25 grammes par kWh pour les pellets. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO2 par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de 360 000 kWh, les pellets permettent de réduire l’émission de 108 tonnes d’équivalents CO2 par an ! En termes de production de SO2, cette réduction serait de 200 kg/an.
Partenaires du projet et contacts
Cette étude de cas a été rédigée à l’aide des informations fournies par les entreprises qui ont mis en place les installations et du facilitateur Bois-Énergie.
Service Facilitateur Bois Energie – Secteur Public – Région wallonne
Fondation Rurale de Wallonie
Monsieur Francis FLAHAUX
pbe@frw.be
Installation de chauffage
Monsieur Alain HEEREN
hrea@viessmann.be
Le Collège Notre Dame de Basse Wavre situé en Brabant Wallon à proximité de la ville de Wavre est un établissement scolaire accueillant environ 2 000 élèves. Il compte 200 membres du personnel, enseignants et ouvriers. 8 bâtiments sont disposés sur 7 hectares de terrain. La surface chauffée est de 15 582 m². Chaque année, le collège consomme 150 000 litres de mazout, 196 000 kWh d’électricité et 6 000 m³ d’eau. En 2009, les Directions du primaire et du secondaire ont décidé de rassembler en un seul projet fédérateur, plusieurs projets, en lien avec le développement durable, initiés au cours des années précédentes.
Un projet d’établissement fédérateur
En 2009, le Collège est entré dans une démarche d’Agenda 21, dans le cadre d’un partenariat avec l’asbl COREN, qui a fourni un encadrement méthodologique et des outils d’action.
Tous les projets autour de la santé, de l’environnement, de la solidarité nord-sud et de la citoyenneté rentrent dans cet Agenda. Entrer dans le processus d’Agenda 21 a été contraignant, mais cela a permis de structurer l’action sur 3 ans et d’atteindre des objectifs qui ne l’auraient sans doute pas été sans cela.
Dans ce processus, la Direction a commencé par marquer son engagement auprès de l’asbl COREN et par constituer un comité de pilotage pour coordonner le projet. L’école a ensuite dû réaliser un diagnostic qui a permis de construire un plan d’action prévoyant des indicateurs de suivi environnementaux, sociaux et éducatifs. Ce plan est régulièrement évalué pour permettre les réajustements nécessaires et préciser les actions de l’année suivante. La labellisation « Écoles vers un Agenda 21 » intervient après l’évaluation de la démarche et des actions initiées.
Les moyens humains consacrés à l’Agenda 21 sont : pour l’école primaire, un instituteur qui consacre 2 heures par semaine au développement durable ; pour le secondaire, 3 enseignants qui consacrent 6 heures par semaine au projet.
Dans ce cadre diverses actions ont été menées : amélioration de la mobilité, nette amélioration du tri des déchets, achats scolaires plus durables, semaine du développement durable, mise en place d’éco-délégués dans les classes… En parallèle, des investissements économiseurs d’énergie ont été réalisés, et pour poursuivre la démarche, la Direction a décidé de renforcer les compétences en énergie de son économat, qui a suivi en 2011 la formation de Responsable énergie de la Région wallonne.
Les enjeux de l’Agenda 21 pour l’école
Pour l’école, les enjeux de l’Agenda 21 sont multiples :
Travailler pour la qualité de l’environnement et le bien-être des élèves.
Construire un processus participatif responsabilisant en concertation avec les élèves, les enseignants, la direction, le personnel administratif et technique, et les partenaires extérieurs tels que les associations de parents.
S’engager pour une éducation au développement durable en intégrant cette dimension dans le programme de cours.
Réduire les dépenses et optimiser les ressources.
Actions pédagogiques de sensibilisation à l’énergie
Organisation d’une semaine du développement durable
En octobre 2010 avec tous les élèves et tous les professeurs, diverses activités sont animées par les professeurs et des intervenants extérieurs. Cet événement a été important pour lancer une dynamique dans l’école. Au primaire, après avoir suivi une mini formation, les éco-délégués retournent en classe expliquer aux autres élèves la démarche apprise et certaines bonnes pratiques. Encadrés par leur instituteur, les élèves proposent des actions à réaliser. Durant la semaine du développement durable, chaque classe s’était ainsi engagée à mener une action particulière.
Actions ponctuelles organisées avec les éco-délégués
Organisation d’une chasse au gaspillage de nuit : accompagnés de professeurs et de Facilitateurs Éducation de Région wallonne, les élèves, munis d’instruments de mesure, identifient les gaspillages électriques de nuit dans leur école.
Participation à la journée de la mobilité avec l’asbl Pro-vélo qui remet aux participants des brevets de cyclistes.
Intégration de l’énergie dans le contenu des cours
En cours d’éducation par la technologie au 1°er degré, un professeur a organisé avec une classe de 24 élèves un audit éclairage dans le collège baptisé « Opération kill a watt ». Avec l’aide de Facilitateurs Éducation de Région wallonne, les élèves ont ainsi pu identifier par eux même la source de gaspillages et débattre de pistes pour diminuer la consommation électrique à l’école et à la maison. Chaque classe de 1° a ensuite reçu les résultats de l’analyse de sa classe.
Autres actions menées : travail de groupe de recherche documentaire sur la thématique de l’électricité, étude d’appareils électriques et de leurs de leurs caractéristiques via l’utilisation d’appareils de mesure.
Éco-délégués dans les classes
Le projet des éco-délégués vise à sensibiliser au développement durable les 2 000 élèves de l’école. Au total, 30 éco-délégués sont actifs dans l’école, à raison d’un par classe (de 1° à 6°). Ils travaillent avec un éco-comité composé du directeur, et des professeurs responsables du développement durable. Chaque éco-délégué est élu par sa classe, la plupart du temps sur base d’un programme présenté dans le cadre d’une campagne.
Rôle et profil de l’éco-délégué :
Être le relais entre la classe, la direction et l’enseignant responsable des divers projets.
Être un relais vers les plus jeunes.
Être une personne ressource capable de répondre et de justifier les actions auprès des élèves de la classe.
Être responsable du bon déroulement des actions prévues.
Avoir suivi des mini formations d’1/2 journée : économie d’énergie, tri des déchets, cadre de vie.
Participer à des réunions pour préparer des actions.
Être responsable de certaines bonnes pratiques dans la classe (extinction des lumières, gestion du chauffage, etc.).
Savoir pour mieux agir
Au Collège Notre Dame de Basse Wavre, la gestion de l’énergie et des infrastructures incombent à l’économat. Il a instauré un suivi des consommations de combustible, d’électricité et d’eau afin d’identifier l’origine des dérives de consommations, et suivre l’évolution des consommations après réalisation d’investissements. Les pistes d’action mises en œuvre au collège sont reprises ci-dessous.
Économies de chauffage
Plan d’action URE réalisé.
Placement de vannes thermostatiques administratives inviolables préréglées sur 20 °C pour éviter les situations de vannes bloquées en position maximale. Coût : +/- 25.00 €/pce.
Modification du circuit de distribution de chauffage du réfectoire. Le réfectoire était chauffé 25 heures/semaine alors qu’il n’est utilisé que 8 heures/semaine. La modification des circuits a permis d’instaurer une régulation adaptée aux horaires d’occupation.
Situation antérieure : pas de circuit distinct.
Modification des circuits permettant l’adaptation aux horaires d’occupation.
Économie réalisée : passage d’une consommation de 952 kWh/semaine à 304 kWh/semaine pour le réfectoire, soit une économie de 65 litres de fuel/semaine. Économie sur une saison (20 semaines) de chauffe : 65 x 20 = 1 300 litres. Le prix du mazout varie, mais à 0.50 €/litre cela représente 650.00 €.
Le coût du dispositif étant de 3 000.00 € le temps de retour dans ces conditions serait de 4.5 ans.
Installation d’un dispositif de régulation du chauffage. L’économat remarque que les consommations d’un bâtiment n’ont pas baissé alors que tous les châssis ont été changés. Grâce à l’analyse d’enregistrements de température dans deux bâtiments, il constate que la régulation fonctionne dans un bâtiment, mais pas dans l’autre. Le chauffage n’était pas coupé la nuit et le weekend, ce qui peut être à l’origine d’une surconsommation de 30 % ! Une nouvelle régulation a été installée dans le bâtiment objet de dysfonctionnements.
Matériel utilisé :
Nouvelle station météo avec enregistreur de température : 200. 00 €
Nouvelle régulation complète : 1700.00 €
Calorifugeage de 152 m de tuyaux.
Économie de 802 litres de fioul par an.
Le coût du calorifugeage étant de 684.00 € le temps de retour est égal 1.7 an (si 1 litre de fioul = 0.50 €).
Remplacement de 200 châssis.
Temps de retour : 30 ans. Cela peut sembler long, mais il ne faut pas oublier de prendre en compte la réduction des problèmes d’infiltration d’air, l’amélioration du confort thermique et acoustique, la résolution des problèmes de sécurité, etc.
D’autres projets sont envisagés ou en cours : création d’un sas d’entrée dans les bâtiments, instauration d’un système de contrôle à distance pour l’éclairage, le chauffage et la distribution d’eau.
Économies d’électricité
Pour limiter les consommations électriques d’éclairage, l’école a commencé par réaliser un diagnostic de son installation (identification du niveau d’éclairement dans chaque pièce, identification du matériel installé et des consommations associées). Le système d’éclairage a ensuite été remplacé dans certains locaux pour permettre une mise aux normes (éclairement suffisant) et pour limiter les consommations d’énergie.
Remplacement de tubes fluo d’ancienne génération et de lampes à incandescence par du matériel plus performant (Tubes fluo T5 à ballast électronique, lampes fluo-compactes, LED). La durée de vie allongée du matériel permet également des économies en termes de maintenance. Coût : +/- 100.00 €/Pce.
Placement dans les couloirs d’un détecteur de mouvement avec luxmètre : l’éclairage ne s’enclenche que lors du passage d’une personne ET lorsque la lumière naturelle est insuffisante. La durée d’éclairage ne représente plus que 21 % de ce qu’elle était auparavant : la minuterie diminue l’éclairage de +/- 50 %, le détecteur de lumière de +/- 30 %
Économie réalisée : passage d’une consommation de 341 400 kWh/semaine à 610 66 kWh/semaine, soit environ 39.00 € d’économie par semaine d’activité pour l’ensemble des bâtiments (15 582 m²).
Économies d’eau
Afin de limiter les pertes liées à d’éventuelles fuites sur le vaste réseau de distribution de l’école, des électrovannes ont été placées sur le réseau afin de couper l’alimentation en dehors des heures d’occupation.
Coût d’une électrovanne main d’œuvre incluse : 500 €
Économie d’eau estimée à 143m3/an pour 60 toilettes,
soit une économie de 490 €/an. Ce qui représente un temps de retour égal à environ 1 an.
Et l’avenir ?
D’autres projets sont envisagés ou en cours : création d’un sas d’entrée dans les bâtiments, instauration d’un système de contrôle à distance pour l’éclairage, le chauffage et la distribution d’eau.
Informations complémentaires
Cette étude de cas provient d’une fiche réalisée par le facilitateur URE non marchand de Wallonie en 2011.
Une première question qui vient à l’esprit pour le gestionnaire ou le futur gestionnaire d’une chaufferie de piscine est de savoir comment faire pour minimiser le coût énergétique que va nécessairement engendrer un tel ensemble. Non seulement en termes de, besoins en chauffage pour le bâtiment, eau chaude pour les diverses activités présentées, les douches etc., mais également en termes de consommation électrique.
En termes de consommation énergétique, il n’est pas rare de rencontrer des chiffres bien supérieurs à 1 000 000 kWh annuel en gaz ou en électricité (cet ordre de grandeur peut varier fortement d’un établissement à l’autre).
Parallèlement à des chiffres purement économiques, viennent aussi à l’esprit l’intérêt environnemental et énergétique.
Afin de tenir compte de cette triple problématique, la réflexion conduit naturellement à envisager un projet comportant une unité de cogénération. Cette solution va apporter une solution énergétiquement optimisée qui, à partir d’un moteur alimenté au gaz (dans le cas présent) va produire à la fois de l’eau chaude et de l’électricité.
Cette solution aura un bilan intéressant à plusieurs niveaux : énergétiquement tout d’abord car l’énergie primaire consommée sera réduite par rapport à une production séparée de chaleur et d’électricité.
Économiquement ensuite car les kWh électriques produits le seront à un prix plus intéressant que celui acheté au réseau. De plus le législateur a prévu un incitent financier, calculé sur l’économie en CO2 émis par la cogénération (en comparaison à une production séparée de référence : centrale électrique TGV et chaudière à condensation), sur base de la génération de certificats verts qui pourront être valorisés par la suite.
Présentation du projet, d’où vient l’idée du projet
Le projet de cogénération à la piscine du Sart-Tilman a été lancé en 2008 en remplacement d’une pile à combustible expérimentale.
Inauguré en 2009, le projet a maintenant atteint un rythme de croisière dont on peut commencer à tirer un bilan technico-économique. La cogénération installée alimente la piscine du centre sportif ainsi que les divers consommateurs qui y sont liés (groupe de traitement d’air, douches). Elle est connectée de façon à prendre à sa charge une partie des besoins en chaleur de ces différents consommateurs dont la puissance totale nécessaire en période de pointe est de 1 500 kW, la cogénération a une puissance thermique installée de 202 kW soit environ 13,5 % de ces besoins. Le complément de chaleur qui n’est pas fourni pas la cogénération est fourni par le réseau de chaleur présent sur le site du Sart-Tilman.
En pratique la cogénération, d’une puissance thermique de 202 kW et d’une puissance électrique de 144 kW, est dimensionnée de façon à fonctionner un maximum de temps.
Elle fonctionne ainsi de l’ordre de 6 500 heures par an en moyenne. Ce chiffre, très intéressant afin de rentabiliser un tel projet, est rendu possible par des besoins en chaleur présents pratiquement toute l’année.
Une particularité d’une la cogénération installée pour chauffer une piscine est la possibilité d’utiliser le volume d’eau de la piscine (800 m³ dans le cas présent) comme tampon de chaleur afin de lisser le fonctionnement de cette cogénération et ainsi diminuer la fréquence des arrêts-démarrages. Ceux-ci sont en effet préjudiciables au rendement et à l’usure mécanique de cette cogénération.
Le bassin va permettre de continuer de faire fonctionner la cogénération même lorsque la demande des utilisateurs est trop faible que pour recevoir toute la chaleur produite. Cette chaleur y sera injectée dans certaines limites acceptables; en effet l’augmentation temporaire de température se traduira inévitablement par des pertes plus importantes (évaporation d’eau et déperditions calorifiques plus importantes…).
Le bassin, ainsi utilisé comme tampon de chaleur, permettra dans le cas présent de faire fonctionner la cogénération pas loin de 4,5 heures en augmentant la température de consigne de 1 °C.
Importance du dimensionnement, difficultés rencontrées
Le dimensionnement d’une unité de cogénération est quelque chose de sensible qui nécessite une évaluation la plus précise possible des besoins en chaleur de l’établissement où elle sera installée. C’est en effet principalement sur ces besoins en chaleur que la cogénération sera dimensionnée, elle devra également tenir compte de la consommation électrique de l’établissement. En effet, d’une façon générale, un maximum de l’électricité produite devra être autoconsommé par l’établissement afin de rentabiliser l’investissement.
Pour ce dimensionnement, l’idéal est de disposer d’un relevé quart horaire de ces besoins pendant une période de temps qui permettra d’extrapoler le profil de consommation hebdomadaire et la demande annuelle en chaleur. Sur base de cette demande, la cogénération sera dimensionnée pour maximiser sa production annuelle de chaleur.
Sous-dimensionnée, elle fonctionnera plus longtemps que la cogénération optimale mais produira moins que cette dernière. Elle représentera donc un manque à gagner.
Surdimensionnée, elle sera sujette à des cycles d’arrêt-démarrage trop fréquents qui pénaliseront son rendement de production et donc sa rentabilité. Cela grèvera également sa durée de vie et représentera un surinvestissement non justifié. De plus des cycles d’arrêt-démarrage fréquents vont provoquer une usure moteur plus importante et dès lors des frais de maintenance plus élevés.
Une fois le dimensionnement optimal effectué il restera à intégrer la cogénération dans la chaufferie et mettre en place une régulation qui la fera fonctionner à l’optimum de ses possibilités.
Ces éléments importants à rappeler permettront, une fois intégrés, de mettre en place via la cogénération un projet d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE) efficace. Ce projet doit pour bien faire s’intégrer dans un ensemble de mesures URE dont certaines sont prioritaires ; comme par exemple la réduction des déperditions thermiques. De plus ces mesures URE déjà prises auront un impact sur le dimensionnement de la cogénération : si les besoins en chaleur sont moindres, la puissance à installer sera évidemment plus faible et le coût d’investissement moins important.
Conclusions du projet
La fiabilité de l’installation ainsi que les gains engrangés par la cogénération de la piscine du Sart-Tilman sont déterminants. D’un point de vue purement financier, pour un investissement total de près de 300 000 €, le temps de retour s’établit à 8 ans. Ce chiffre qui peut paraître élevé s’explique entre autre par le coût relativement intéressant de la chaleur achetée au réseau présent sur le site du Sart-Tilman ainsi que par le contrat d’entretien et l’omnium complète qui ont été choisis.
Dans le cas d’un site ne disposant pas de ce réseau et connecté au gaz, on trouve généralement des temps de retour proche des 5 ans.
Chiffres clés du projet (moyenne des 3 dernières années)
Puissance thermique : 202 kW
Puissance électrique : 144 kW
Heures de fonctionnement annuel : 6 500 heures
Consommation de gaz : 2 600 MWh (PCS)
Économies CO2 : 107 T/an
Certificats Verts : 246 CV/an
Contacts
Porteur de projet
Piscine du Sart-Tilman Éducation Physique
Université de Liège, Administration des Ressources immobilières
Maud LELOUTRE : Responsable Énergie
Tel : +32 (0) 4.366.37.89
Facilitateur Cogénération en Région Wallonne
Institut de Conseil et d’Études en Développement Durable asbl
Bvd Frère Orban, 4
5000 Namur
Tel : +32 (0) 81.250.480
Fax : +32 (0) 81.250.490
En 2005, la Région de Bruxelles-Capitale a mandaté l’ICEDD pour effectuer une étude du potentiel de développement de la cogénération sur son territoire. Les résultats montrent, qu’au niveau industriel, une entreprise sur 5 pourrait installer une cogénération rentable (temps de retour inférieur à 3 ans) tandis qu’un établissement sur 2 dans le secteur tertiaire pourrait installer une unité de cogénération rentable (temps de retour inférieur à 5 ans).
Un home de la commune d’Anderlecht figure parmi ces établissements propices à la cogénération. Suite à ces bons résultats, le home a été invité à fournir des données plus précises pour réaliser une étude dite « de pertinence ». L’étude de pertinence permet, suite au pré-dimensionnement et aux calculs de rentabilité « à la grosse louche » de savoir s’il est pertinent d’installer une cogénération ou non dans le bâtiment étudié.
Cette étude de pertinence, remise en décembre 2005, a confirmé l’intérêt d’une cogénération, mais elle n’est cependant pas suffisamment précise pour que les gestionnaires puissent décider, en connaissance de cause, l’achat d’un tel équipement.
Il est nécessaire de savoir s’il y a de la place disponible et si l’acheminement du module de cogénération est possible. Il est également indispensable de pouvoir simuler le fonctionnement de cette cogénération selon les profils des besoins thermiques et électriques tel que mesurés dans le bâtiment étudié. Des simulations qui permettent d’optimiser et de fiabiliser les résultats du dimensionnement et de la rentabilité.
Ces réponses sont apportées par l’étude de faisabilité, étape ultime avant la décision d’investir. Vu l’intérêt et la motivation des gestionnaires des bâtiments, la Région de Bruxelles-Capitale a offert une étude de faisabilité gratuite, objet du présent rapport.
L’étude de faisabilité a été effectuée par le Facilitateur en Cogénération financé par la Région de Bruxelles Capitale. Pour toute information complémentaire, n’hésitez pas à contacter le Facilitateur en Cogénération.
Le home est une maison de repos et de soins avec 209 places.
Installation de chauffage
Le chauffage des bâtiments est assuré actuellement par 3 chaudières au gaz naturel avec des puissances thermique de 466 kWth, 494 kWth et 494 kWth respectivement.
Dans le cadre de cette étude de faisabilité, une mesure des besoins thermiques à été effectuée en mesurant les temps de fonctionnement (à chaque demi-heure) des chaudières durant deux semaines, permettant d’obtenir un profil des besoins thermiques du bâtiment. Cette étape est en effet indispensable pour pouvoir dimensionner le plus judicieusement possible l’unité de cogénération.
Installation électrique
Le home est alimenté en électricité par une cabine haute tension (11 000 V) et alimente un transformateur. La consommation électrique est télé-relevée par Sibelga tous les quarts d’heure. Ce profil quart horaire a généreusement été transmis par Sibelga pour l’année 2005. Cette donnée est indispensable pour connaître la quantité d’électricité produite par la cogénération qui sera effectivement auto-consommée par le home ainsi que la part qui sera revendue sur le réseau électrique.
Le TGBT électrique, en aval de la cabine haute tension, est situé juste à côté de la chaufferie. La distance de câble entre le TGBT et la chaufferie où serait située la cogénération a été estimée à 15 mètres.
Synthèse des résultats
L’objectif de cette étude de faisabilité est d’évaluer l’intégration technique de la cogénération dans l’installation existante, de proposer la meilleure solution technologique et d’établir le bilan d’un projet de cogénération au gaz naturel pour le home. C’est au terme de cette étude que le décideur pourra choisir d’investir ou non dans une unité de cogénération.
Le résultat montre qu’une unité de cogénération au gaz naturel de 230 kWth et 150 kWé est économiquement intéressante, surtout couplée à un stockage de chaleur de 10 m3. Par ailleurs, elle présente de nombreux avantages énergétiques et environnementaux.
Résultats
Valeurs
Techniques : Moteur au gaz naturel
Puissance « optimale »
230 kWth et 150 kWé
Nombre d’heure de fonctionnement
6 888 heures/an
Volume du ballon de stockage
10 m³
Énergétiques
Situation « avant » cogénération (factures 2005)
Consommation de gaz naturel (avec 10 % URE)
3 176 401 kWhprimaire PCI/an
Consommation d’électricité
845 996 kWé/an
Situation « après » cogénération (simulations COGENsim)
Consommation de gaz naturel de la cogénération
2 899 826 kWhprimaire PCI/an
Consommation de gaz naturel des chaudières
1 382 468 kWhprimaire PCI/an
Production de chaleur par cogénération
1 524 843 kWhth/an
Production d’électricité par cogénération
983 123 kWé/an
Économiques (montants HTVA)
Situation « avant » cogénération (factures 2005)
188 094 €/an
Facture combustible
109 585 €/an €/an
Facture électrique
78 508 €/an
Situation « après » cogénération (simulations COGENsim)
133 192 €/an
Facture combustible
147 740 €/an
facture électrique (dont revente d’électricité)
30 712 €/an (10 161 €/an)
Facture des entretiens et d’assurance
17 276 €/an
Gain de la vente des certificats verts
52 375 €/an
Gain annuel
54 902 €/an
Investissement net (tout compris)
173 720 €
Temps de retour simple (TRS)
3,2 années
Taux de rentabilité interne (TRI)
22 %/an
Environnementaux
Émissions de CO2 évitées
126 294 kg CO2/an
Objectif Kyoto satisfait pour
405 bruxellois (312 kg CO2/bruxellois)
Nombre de certificat vert (1 CV = 217 kg CO2)
582 CV/an
Économie en gaz naturel
582 540 kWh/an (16 %)
Synthèse des hypothèses
Outre les résultats, il est important de présenter, de manière synthétique, les hypothèses prises lors de l’étude. Dans le choix des hypothèses, nous avons tâché de nous situer du côté de la « sécurité », afin que le home puisse prendre la décision d’investir avec le maximum de garanties.
On distingue 4 types d’hypothèses : techniques, énergétiques, économiques et environnementales.
Il est important de préciser que ces hypothèses n’ont un impact que sur le calcul de la rentabilité du projet de cogénération et non sur son dimensionnement.
Techniques
Rendements de l’unité de cogénération : Évolution en fonction de la charge
Charge du moteur : Fonctionnement jusqu’à 75 % de sa charge nominale
Énergétiques
Besoins thermiques : 100 % du combustible pour la production de chaleur
Rendement annuel de la chaufferie : 85 % pour la chaufferie actuelle au mazout (estimation)
Réductions pour futures actions URE : 10%
Année de référence : 2005 (année chaude de + 12,4 % que l’année normale)
Type de combustible : Gaz naturel – PCI = 10.8 kWh PCI/m3
Isolation du ballon de stockage : 15 cm de laine de roche soit diminution de 1.01°C/24h
Prix de vente du certificat vert : 90 € / CV pendant 10 ans
Environnementales
Coefficient d’émission en CO2 : 217 kg CO2 / MWh de gaz naturel
Synthèse du dimensionnement
L’utilisateur d’une cogénération, pour qu’elle soit de qualité ou à haut rendement, doit valoriser toute la chaleur et toute l’électricité produites. Si la production d’électricité est supérieure aux besoins, il y aura revente sur le réseau électrique. Par contre, il est plus difficile de le faire pour la chaleur excédentaire.
C’est pourquoi, une cogénération est dimensionnée sur les besoins thermiques des bâtiments. C’est lors de l’optimisation économique de la taille que l’on tient compte des besoins électriques, en évaluant la part d’électricité auto-consommée et celle qui est revendue.
Afin de connaître avec précisions l’évolution dans le temps des besoins thermiques et électriques, des compteurs ont été placés durant le mois de janvier. Ensuite, pour la partie thermique, grâce aux degrés jours de la station météo d’Uccle, une extrapolation du profil a été réalisée.
Pour la partie électrique, Sibelga nous a fourni gracieusement les puissances ¼ heure par ¼ heure pour toute l’année 2005, l’extrapolation n’était pas nécessaire. La mesure électrique a permis de valider les données reçues. Ainsi, les profils thermique et électrique sont connus pour une année entière.
Ensuite, grâce au logiciel COGENsim, nous avons simulé le fonctionnement de plusieurs tailles de cogénération pour finalement choisir la plus rentable : une cogénération par moteur au gaz naturel de 230 kWth et 150kWé.
Optimisation économique de la taille de cogénération à installer au home
En outre, différents scénarios de fonctionnement ont été testés. Celui qui est le mieux adapté au home consiste à faire fonctionner la cogénération 24h/24, 12 mois par an et d’y accoupler un ballon de stockage de chaleur de 10 m3.
L’intégration de la cogénération et de son ballon de stockage de chaleur est aisé, vu la place disponible dans la chaufferie et la facilité d’acheminement.
Contacts
Facilitateur Cogénération en Région de Bruxelles-Capitale
Institut de Conseil et d’Études en Développement Durable asbl
Bvd Frère Orban, 4
5000 Namur
Tel : +32 (0) 81.250.480
Fax : +32 (0) 81.250.490
La commune d’Ottignies-Louvain-la-Neuve a pris l’initiative de se doter d’un bâtiment exemplaire sur le plan énergétique lors de la construction de son antenne communale à Louvain-la-Neuve. L’appel à projet du bâtiment date du 2 septembre 2008 et a été obtenu par le cabinet d’architecture DELTA. Le bureau d’étude Matriciel s’est chargé des études énergétiques et le bureau BSolutions des techniques spéciales. Le chantier a été terminé en septembre 2013.
L’antenne communale de Louvain-la-Neuve est située au 1 voie des hennuyers à Louvain-la-Neuve.
Le bâtiment neuf abrite certains services de l’administration communale de la ville d’Ottignies-Louvain-la-Neuve ainsi que des locaux pour le CPAS et l’antenne de police. Il possède de nombreux bureaux individuels et paysagers et plusieurs salles de réunion. Il est également équipé d’une cafétéria, de plusieurs cuisines, de douches au rez-de-chaussée et de toilettes à chaque étage.
Le bâtiment est divisé en deux parties distinctes marquées par la matérialité de ses façades et de sa forme :
la « tour » qui fait office de hall d’entrée, d’accueil, de salle d’attente et de circulation verticale dans le bâtiment et intègre la cafétéria au dernier étage et ;
les plateaux où se situent les bureaux, salles de réunions et sanitaires. Les locaux techniques et l’antenne de police sont situés au rez-de-chaussée.
Vues intérieures de la salle d’attente située dans la « tour » et des bureaux du CPAS.
Ce bâtiment a été pensé et construit avec l’objectif d’atteindre des performances énergétiques passives. Cependant, durant les phases d’analyses, il a été nécessaire de ne pas intégrer la partie cafétéria et hall d’entrée (la tour du bâtiment) dans le modèle passif afin de pouvoir obtenir les performances énergétiques souhaitées. Une petite astuce qui a permis d’obtenir, pour une partie seulement du bâtiment, le label passif !
Le tableau suivant présente un récapitulatif des valeurs cibles pour un bâtiment passif et les résultats obtenus par simulation lors de l’avant-projet de l’antenne communale.
Indicateur
Objectifs
Résultats
Vitrages
G > 50%
52%
Besoin net de chauffage
≤ 15 kWh/m²an
13 kWh/m²an
Besoin net de refroidissement
≤ 15 kWh/m²an
3 kWh/m²an
Surchauffe estivale
<< 10%
8 %
Puissance d’éclairage
< 8 W/m²
7,8 W/m²
Étanchéité à l’air
n50 < 0,6
Atteint par hypothèse
Absence de ponts thermiques
coefficients de transmission linéaires < 0,01 W/mK
Atteint par hypothèse
Ventilateur à courant continu
consommation <0,45 W/(m³/h)
0,35 W/(m³/h)
Récupération de chaleur haut rendement
> 75 %
> 80 %
Consommation d’énergie primaire
< 85 kWh/m²an
67 kWh/m²an
La ventilation de ce bâtiment est son point particulier. En effet, il possède deux modes de ventilation. Le premier est une ventilation mécanique double flux et le second une ventilation naturelle manuelle réalisée par ouverture des fenêtres et cheminées centrales. L’alternance de ces deux modes se fait suivant des conditions bien précises.
Régulation de la température et du renouvellement d’air
Le bâtiment est équipé, pour le chauffage :
d’une chaudière au gaz modulante fonction de la température extérieure suivant un régime nominal 50/30 °C,
de radiateurs avec vannes thermostatiques,
d’une régulation intégrée pour moduler la température de l’air soufflé grâce à un récupérateur de chaleur à plaques de rendement supérieur à 75 % et d’une batterie à eau,
de sondes de température intérieurs et extérieurs.
et pour le renouvellement d’air (mécanique) :
d’un groupe de ventilation de pulsion et d’extraction de 3600 m³/h,
d’une régulation par horloge,
d’une sonde de pression de gaine 500 Pa permettant de faire varier la vitesse des ventilateurs en fonction de l’ouverture (et fermetures) des registres et clapets,
de trois sondes de qualité d’air ambiant agissant, notamment, sur les ouvertures des cheminées et trémies,
d’un capteur de pluie.
Consignes de températures et de confort
De façon générale, la température de confort prévue pour le bâtiment se situe entre 20 et 25 °C. Un programme horaire pour la température de consigne est prévu :
Températures de consignes
Horaire
« Bureaux »
« Tour »
Lundi à vendredi de 7h30 à 17h30 et samedi de 8h à 20h
20 °C
15 °C
La nuit et les Week-ends
15 °C
10 °C
La ventilation hygiénique, ventilation de base, est coupée les nuits et les week-ends.
Du point de vue technique : les principes et valeurs de régulation
Chauffage
La modulation du confort intérieur est réalisée grâce à la chaudière, à un thermostat d’ambiance intérieur, à des vannes thermostatiques et à l’aide d’un programme horaire indiquant le régime d’occupation.
Si la température extérieure est négative, l’activité de la chaudière est maintenue en permanence. Au contraire, si la température extérieure est supérieure à 20 °C ou si l’on travaille en ventilation naturelle, la chaudière est mise à l’arrêt.
Ventilation
Pour la ventilation, le passage d’un mode à l’autre est principalement fonction de la température extérieure. Toutefois, des dérogations sont possibles : en cas de pluies, du dépassement d’un seuil critique pour la qualité de l’air, d’incendie, etc.
Le mode de fonctionnement de la ventilation est le suivant :
Régulation de la ventilation
Température extérieure
Ventilation mécanique
Ventilation naturelle avec ouverture des fenêtres
inférieure à 15 °C
Débit nominal
non
entre 15 °C et 24 °C
Débit minimal
Possible
supérieure à 24 °C
Débit nominal + Free cooling
non
Le débit nominal correspond au débit de conception en s’adaptant aux débits recommandés (pulsés et extraits) de l’annexe C3 de la PEB, elle-même basée sur la norme NBN 13799. Ce type de ventilation suppose que l’air est pulsé et extrait entièrement grâce au système mécanique, les trémies des cheminées centrales sont donc fermées.
Le débit minimal correspond à la ventilation minimale requise pour les sanitaires. Celle-ci est effectuée par extraction. Lorsque la ventilation passe en débit minimal, les ouvrants pour la ventilation naturelle sont ouverts et celle-ci est donc permise dans les bureaux et la tour.
Le free cooling permet le refroidissement du bâtiment durant les périodes chaudes. Il est estimé à 4 vol/h.
Plusieurs dérogations à cette régulation existent, en cas :
de pluies : la ventilation (re)passe en débit nominal et les ouvertures pour la ventilation naturelle sont fermées.
de dépassement du seuil défini de qualité de l’air intérieur : la ventilation (re)passe en débit nominal durant minimum 1h.
de dérogation grâce à un bouton manuel dans la salle de réunion : la ventilation mécanique nominale est forcée dans tout le bâtiment.
Capteur de pluie et bouton de la salle de réunion permettant de déroger à la ventilation naturelle et de forcer la ventilation mécanique.
Finalement, le by-pass du récupérateur de chaleur est activé si la température extérieure est supérieure à 15 °C et qu’elle est inférieure à la température intérieure.
Du point de vue des occupants : une régulation par indicateur lumineux et vannes thermostatiques
Chauffage
Les occupants sont invités, grâce à des affiches, à placer leurs vannes thermostatiques sur la position 3 pour avoir une température équivalente d’environ 20 °C.
Ventilation
Une particularité du site est la présence de témoins lumineux. Ces indicateurs lumineux servent à prévenir les utilisateurs du bâtiment de l’état de fonctionnement de la ventilation :
Lumière verte : la ventilation mécanique est minimal, ouverture des fenêtres autorisée.
Lumière rouge : la ventilation mécanique est nominal, ouverture des fenêtres interdite.
Sous chaque témoin lumineux est disposée une note explicative du fonctionnement de la ventilation et des consignes d’utilisations optimal.
Indicateur lumineux et note explicative disposée dans les couloirs du bâtiment.
Cet affichage visuel est intéressant, car il est simple à comprendre et à mettre en place. De plus, il ajoute un aspect participatif et pédagogique qui permet aux utilisateurs de comprendre le fonctionnement des mécanismes de ventilations au sein de leur bâtiment.
Cependant, cela pourrait être encore plus efficace si le témoin lumineux n’était pas seulement situé dans le couloir où il est uniquement visible si les occupants sortent de leur bureau.
La ventilation naturelle par cheminées centrales
Le bâtiment est équipé d’un système de plusieurs cheminées centrales permettant la ventilation naturelle des locaux, étage par étage suivant les affectations du bâtiment, les bouches d’extraction étant situées dans le couloir.
Organisation des cheminées d’extraction pour la ventilation naturelle de l’antenne communale
Bouches de rejet des cheminées situées en toitures
Ce mode de ventilation naturelle est très intéressant car économique et théoriquement très efficace. Il fonctionne suivant le principe du tirage thermique.
L’air extérieur étant plus frais que l’air intérieur, les fenêtres vont être ouvertes afin de refroidir les locaux. Cet air étant réchauffé monte et finit par être évacué par les bouches d’extraction de la cheminée créant ainsi une circulation de l’air intérieur. En outre, au plus la différence de température sera élevée entre l’intérieur et l’extérieur, au plus le tirage thermique sera efficace et donc augmentera le débit de ventilation. Il est autoadaptatif !
Circulation de l’air dans les locaux en ventilation naturelle
Chaque niveau du bâtiment possède son système de cheminée qui permet un taux de renouvellement d’air théorique de 1.5 vol/h en journée. Théoriquement, on aura donc un débit à chaque étage de :
La ventilation mécanique double flux est là pour assurer la ventilation hygiénique des locaux fonctionnant en parallèle de la ventilation naturelle lorsqu’elle est en fonctionnement, ainsi que la ventilation intensive lorsque les conditions extérieures ne permettent pas une ventilation naturelle. Seules la salle informatique et la cafétéria sont sous ventilation mécanique double flux constante.
L’ensemble des conduits horizontaux passe par de faux plafonds. Les conduits verticaux se situent soit dans des gaines techniques soit directement dans les cheminées centrales. Idéalement, il faudrait vérifier que dans ce dernier cas, les conduits n’entravent pas le bon fonctionnement de la ventilation naturelle.
Les bouches de pulsions sont situées dans les locaux telles que les bureaux, salles de réunion et salles informatiques et l’extraction se fait dans les sanitaires et les cuisines (zones humides).
Circulation de l’air dans les locaux en ventilation mécanique
La centrale de traitement d’air (CTA) est située en toiture. Elle est équipée d’un récupérateur de chaleur à haut rendement (> 80 %) composé d’un échangeur à plaques en aluminium à contre-courant qui permet d’obtenir de bonne économie d’énergie en préchauffant l’air entrant grâce à l’air extrait du bâtiment. Elle possède également une batterie chaude alimentée par la chaudière centrale du bâtiment.
Après la récupération de chaleur et le préchauffage par batterie chaude de 12,2 kW, l’air pulsé dans les locaux est à une température maximale de 24 °C.
Cette CTA ne prévoit finalement pas d’humidificateur ni de déshumidificateur et donc pas de batterie froide. En effet, le climat de la région et la possibilité de free cooling devraient permettre de se dispenser d’un système de refroidissement.
Campagne de mesures
Une petite campagne de mesures des ambiances intérieures a été lancée en août 2015 afin de vérifier les conditions de confort (température, humidité relative et concentration en CO2) du bâtiment. Cette campagne a consisté en une mesure objective de paramètres d’ambiance, mais aussi en un relevé des ressentis des occupants vis-à-vis de la qualité de l’air intérieur et de leur confort thermique.
Monitoring du bâtiment
Ce monitoring a consisté en la pose de 6 dataloggers (sondes de mesures avec enregistrement des données) dans le bâtiment afin d’observer l’évolution des ambiances intérieures.
Les 6 loggers étaient :
2 sondes mesurant la température, l’humidité relative, la concentration en CO2,
3 sondes mesurant la température et l’humidité intérieure des locaux,
1 sonde d’extérieur mesurant la température et l’humidité du climat sur site.
Datalogger avec capteur permettant la mesure de la température, de l’humidité relative et de la concentration de CO2
La mesure du CO2 a plusieurs intérêts, il permet :
de jouer le rôle d’indicateur de la qualité de l’air,
de mesurer indirectement la concentration des autres polluants par corrélation,
détecter la présence de personnes dans le local,
de déduire l’amené d’air neuf : 30m³/pers/h permet de maintenir 1000 ppm dans l’ambiance avec une concentration extérieure en CO2 d’environ 400 ppm.
L’ensemble des sondes intérieures ont été réparties dans les bureaux au premier et deuxième étages sous des orientations différentes et également aux fréquentations diverses de manière à représenter la majorité des zones thermique et d’ambiances possibles du bâtiment :
Datalogger
Type de bureau
Superficie
Orientation
Occupation
Apports solaires
Charges hygrothermiques
Température, humidité et CO2 n°1
Open-space et guichets de la commune
98 m²
nord-ouest
variable
limités
fortes
Température, humidité et CO2 n°2
Bureau individuel
18 m²
nord-ouest
1 personne
limités
faibles
Température, humidité n°1
Bureau collectif n°1
28 m²
sud-est
3 personnes
importants
moyennes
Température, humidité n°2
Bureau collectif n°2
25 m²
nord-ouest
2 personnes
limités
moyennes
Température, humidité n°3
Bureau d’accueil avec fenêtre ouverte sur le couloir
18 m²
nord-ouest
2 personnes
limités
moyennes
Relevé d’impression d’ambiance par les occupants
Dans chacun des bureaux où un datalogger a été placé, il a été demandé aux occupants de remplir quotidiennement, midi et soir, un relevé d’ambiance intérieur. Les informations récoltées sont de type :
Ouvertures des fenêtres suivant une position ouverte ou fermée;
Ressenti de la qualité de l’air suivant une échelle de valeurs à 5 niveaux de très mauvaise à bonne;
Ressenti de la température suivant une échelle de valeurs de 7 niveaux de très chaud à très froid;
Commentaires ou sensations spécifiques.
De plus, afin de déterminer si des écarts de températures sont dus à une mauvaise utilisation des locaux ou à un mauvais réglage des installations, nous avons demandé à quelques utilisateurs de noter, de manière régulière (midi et soir), la position des fenêtres (ouvertes ou fermées), et leurs ressentis de la température et de la qualité d’air. En plus de déterminé si les installations sont bien utilisées ou non, c’est relevé devraient permettre de comprendre les évolutions de températures relevées par les loggers.
Observations des résultats
Relevé des mesures
Institution
CPAS
Ville
Climat
extérieur
Orientation
Nord – ouest
Sud – est
Nord – ouest
Programme
Secrétariat
Bureau
Open space
Surface
18 m²
18 m²
28 m²
25 m²
98 m²
–
Occupation
2 pers.
1 pers.
3 pers.
2 pers.
Variable
–
Températures
24h/24
Min
20,9 °C
21,3 °C
21,2 °C
20,8 °C
20,9 °C
11,9 °C
Max
28,2 °C
27,7 °C
28,2 °C
31,2 °C
26,6 °C
30,4 °C
Horaire de travail
Min
20,9 °C
21,3 °C
21,2 °C
20,8 °C
20,9 °C
12,4 °C
Max
27,5 °C
27,3 °C
27,2 °C
25,7 °C
25,6 °C
27,9 °C
Humidité relative
24h/24
Min
40 %
37 %
42 %
40 %
38 %
29 %
Max
61 %
60 %
61 %
63 %
60 %
93 %
Horaire de travail
Min
40 %
37 %
42 %
41 %
38 %
29 %
Max
61 %
54 %
59 %
63 %
57 %
89 %
Concentration en CO2
24h/24
Min
–
398 ppm
–
–
432 ppm
–
Max
–
1254 ppm
–
–
805 ppm
–
Horaire de travail
Min
–
483 ppm
–
–
486 ppm
–
Max
–
1254 ppm
–
–
805 ppm
–
Observations
en humidité relative
L’humidité relative intérieure est toujours située dans ou proche (à 3 % près) des plages recommandées par la réglementation à savoir 40 – 60 % sur les lieux de travail.
Aucune incohérence dans son évolution vis-à-vis de l’humidité extérieure et de la température intérieure n’a été relevée.
Dans plusieurs locaux en certaines périodes, l’humidité relative intérieure est quasiment identique à l’humidité relative extérieure ce qui peut attester d’une ouverture des fenêtres prolongée et/ou intensive.
La régulation de l’humidité relative du bâtiment semble donc être correctement réalisée.
en température
Durant les heures de travail, la température intérieure ne dépasse jamais la limite haute de température acceptable définie par la théorie du confort adaptatif. Toutefois dans trois locaux, la température intérieure dépasse 25 °C sur plus de 40 % de la période travail ce qui atteste d’une surchauffe plus importante que prévue.
Globalement, l’on remarque que la température diminue en matinée avec l’enclenchement de la ventilation, puis avec l’arrivée des usagers et l’ouverture des fenêtres, ce jusqu’en milieu et fin de matinée. À partir de là, la température croit jusqu’en fin de journée de travail. Durant la nuit et le week-end, le bâtiment se décharge lentement de sa chaleur interne.
On remarque l’impact de la ventilation mécanique le matin avec la chute de température dès 7h30.
Lorsque la température extérieure dépasse les 24 °C, les fenêtres sont sensées être fermées et la ventilation mécanique active. Or aucune indication dans le relevé des températures n’indique une diminution ou une stagnation à ces périodes. Cela arrive dans les trois locaux qui subissent le plus de surchauffes (Tint > 25 °C).
Dans l’open space et dans le petit bureau individuel du CPAS, l’évolution de la température reste très stable par rapport aux trois autres locaux qui subissent des variations plus importantes (vers le haut) généralement l’après-midi.
L’évolution de la température au cours du temps dans les locaux est difficile à appréhender étant donné que tant le climat extérieur, le fonctionnement de la ventilation et le comportement des occupants vont influencer celle-ci. Toutefois, il est à noter que même si les températures restent dans les limites acceptables de confort, elles dépassent trop souvent les 25 °C surtout que la température extérieure chute appréciablement durant la nuit. Un refroidissement nocturne du bâtiment grâce aux cheminées centrales pourrait peut-être abaisser la température pour démarrer la journée à 20 °C ou tout du moins à la limite basse de température de confort acceptable suivant la théorie du confort adaptatif et donc limiter les surchauffes dans l’après-midi.
en concentration de CO2
Dans l’open space, la concentration de CO2 semble ne pas dépasser les 800 ppm soit respecter les réglementations. Toutefois, même les périodes hautes correspondent aux heures d’ouverture de la commune, aucun plafond ne permet d’indiquer qu’une occupation accrue n’entrainera pas le dépassement des 1000 ppm. Il est à noter que l’open space est un espace de près de 100 m² qui est totalement ouvert sur le couloir traversant le bâtiment dans la longueur.
Le deuxième local où une sonde mesurant la concentration de CO2 a été placée est le bureau individuel orienté nord-est. Dans celui-ci, la variation de CO2 est beaucoup plus importante et la concentration dépasse durant 2 périodes les 1000 ppm. Une ouverture de la fenêtre marque clairement une chute du CO2 du local.
Conclusion
Les quelques mesures effectuées ne permettent pas de dire si les principes innovants de ventilation prévus dans l’antenne communale de la ville de Louvain-la-Neuve sont efficaces pour garantir une qualité de l’air optimale et un confort thermique idéal durant l’été. La réponse semble positive dans un premier temps, mais quelques observations isolées devraient être étudiées plus en profondeur et expliqués pour en déterminer l’impact de la régulation de la ventilation.
L’objectif de la rénovation présentée ici était d’étudier l’état de l’art des solutions LEDs existantes en 2014. Deux locaux ont été rénovés avec, comme objectifs, une réduction de la consommation d’énergie d’éclairage mais aussi une augmentation du confort visuel général.
Les deux locaux rénovés se trouvent dans le bâtiment de bureaux du CSTC situé, Lozenberg 7 à 1932 Sint-Stevens-Woluwe (Zaventem). Le hall d’entrée a été rénové en « uplamping », c’est à dire que seules les lampes ont été changées alors que le hall de réception a été rénové plus profondément, puisque les luminaires et les dalles de faux-plafond ont été remplacés.
Hall d’entrée
Le hall d’entrée fait 4,55 m sur 9,95 m et a une hauteur sous plafond de 2,7 m. Il n’y a pas de fenêtre mais la double porte est entièrement vitrée et apporte un peu de lumière naturelle. Le plafond est composé de profilés en aluminium gris foncés. Les murs sont peints en blanc et le sol est recouvert de carrelages émaillés clairs.
Hall d’entrée 1
Initialement, le hall d’entrée était éclairé par 24 spots halogènes intégrés au plafond (voir figure ci-dessous), disposés de manière irrégulière. Un mélange de lampes avait été fait ; la majorité des lampes avaient les caractéristiques suivantes :
Caractéristique des lampes avant rénovation
Diamètre
50 mm
Tension
12 V
Puissance
50 W
Intensité lumineuse maximale
2000 cd
Température de couleur
3000 K
Indice de rendu de couleurs
97
Angle d’ouverture
36°
La position des lampes n’était pas modifiable, à moins de démonter entièrement le faux-plafond, ce qui n’était pas la volonté de l’exploitant du bâtiment. Les lampes étaient commandées manuellement au moyen d’un interrupteur on/off placé sur le mur.
Spot halogènes encastrés
Rénovation
Les lampes choisies pour remplacer les spots halogènes sont des lampes LEDs de deux puissances et d’angles d’ouverture différents. Pour l’éclairage général (20 lampes), le type de lampe LED a été choisi de manière à ce que son flux soit équivalent au flux fourni par la lampe halogène de 50W qu’elle remplace. L’angle d’ouverture a été choisi le plus large possible, c’est-à-dire égal à 36°.
Devant l’ascenseur (4 lampes), les lampes ont une puissance plus petite (flux équivalent à celui d’une lampe halogène de 35W) et un angle d’ouverture plus petit (24°).
Caractéristique des deux lampes LED utilisées en rénovation
Lampes
devant l’ascenseur
autres
Diamètre
54 mm
54 mm
Tension
12 V
12 V
Puissance
7 W
10 W
Intensité lumineuse maximale
2200 cd
1560 cd
Température de couleur
3000 K
3000K
Indice de rendu de couleurs
80
80
Angle d’ouverture
24°
36°
Diagramme polaire
Éclairements
Les mesures d’éclairement ont été prises ponctuellement à une hauteur de 85 cm du sol. Comme les lampes de type « spot » ne fournissent pas un éclairement uniforme, une prise de mesures d’éclairement suivant une grille aurait nécessité pour être représentative, un maillage très serré.
Les valeurs observées montrent que les niveaux d’éclairement ponctuels atteints après « uplamping » sont d’un ordre de grandeur identique à celui obtenu avant « uplamping ».
Éclairements mesurés (lux)
Avant « Uplamping »
Après « Uplamping »
Apparence visuelle, distribution des luminances dans le champ visuel et éblouissement
Vues intérieures et luminances mesurées
Avant « Uplamping »
Après « Uplamping »
Luminance maximum : 291 000 cd/m²
UGR = 15,9
Luminance maximum : 28 600 cd/m²
UGR = 14,7
On remarque que sur le sol, les contrastes sont plus marqués avec les lampes LED alors que c’est l’inverse sur les murs. Ces ‘taches de lumière’ ont été jugées inconfortables par les occupants.
La luminance maximum atteinte est plus importante avec les lampes halogènes. L’indice d’éblouissement (UGR) est également plus grand avant « uplamping ». Notons cependant que les normes européenne sont respectées dans les deux cas (UGR<22). Par contre, le niveau de luminance maximal atteint avant « uplamping » est très haut et traduit un éblouissement certain. Les valeurs communément acceptées pour un éblouissement direct sont de 2500 à 3000 cd/m2. Et donc, si on suit ces valeurs, même l’éclairage LED peut induire un éblouissement direct si on regarde les lampes.
Calcul du temps de retour sur l’investissement
Le tableau ci-dessous donne le calcul précis réalisé pour évaluer le temps de retour sur investissement de la rénovation. On observe que ce temps de retour est d’un an et 6 mois, ce qui est très court.
Avant « Uplamping »
Après « Uplamping »
Économie
Énergie
Nombre d’heure de service
2 280 h/an
2 280 h/an
Puissance installée
1×50 + aux = 55 W
1×10 + aux = 15 W
1×7 + aux = 12 W
Nombre de pièces
24
20
4
Puissance totale
1,32 kW
0,348 kW
74%
Consommation
3 010kWh/an
793 kWh/an
2 216 kWh/an
Émissions de CO2
0,900 tonne/an
0,237 tonne/an
0,663 tonne/an
Consommation
512 €/an
135 €/an
377 €/an
Coûts de maintenance
Durée de vie de la lampe
5 000 h
30 000 h
40 000 h
Prix de la lampe*
2,01 €/pce
20,71 €/pce
18,34 €/pce
Prix annuel de l’installation
22,00 €
31,48 €
4,18 €
Coût de la main-d’œuvre
10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
Coût total annuel de la main-d’œuvre
45,60 €
6,34 €
0,95 €
Coût annuel de la maintenance
68 €
43 €
25 €/an
Investissement
Coût de démontage
0 €/pce
Coût d’achat
20,71 €/pce
18,34 €/pce
Coût d’installation
10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
Coût d’investissement
587,64 €
Temps de retour
1 an et 7 mois
* Prix en août 2014
Hypothèses : 0.299 kg CO2 / kWh et coût de l’énergie 0,17€/kWh
Tous les prix sont HTVA
Hall de réception
Le hall de réception mesure 6,45 m de long sur 6,8 m de large. Sa hauteur sous plafond est de 2,7 m. Cet espace dessert cinq salles de réunion et est connecté à un couloir qui conduit aux autres locaux situés au rez-de-chaussée. Il n’y a aucune fenêtre donnant sur ce hall.
Le faux-plafond est constitué de dalles de faux-plafond de couleur blanche. Les murs sont peints en blanc et le tapis est gris foncé.
Hall de réception et spot Halogène
Le hall de réception est éclairé par 37 spots halogènes de 110 mm de diamètre total, contenant des lampes de 50 mm de diamètre, etcommandés par un interrupteur on/off.
Caractéristique des lampes avant rénovation
Diamètre
50 mm
Tension
12 V
Puissance
50 W
Intensité lumineuse maximale
2000 cd
Température de couleur
3000 K
Indice de rendu de couleurs
97
Angle d’ouverture
36°
La structure du faux-plafond permettait de modifier le nombre et la disposition des luminaires.
Rénovation
Après une étude par simulation ainsi que des essais sur site, deux types de luminaire ont été sélectionnés. Afin d’améliorer l’uniformité et l’effet d’éblouissement que les luminaires de type downlight peuvent générer, le nombre de luminaires installés a été augmenté mais leur flux lumineux a été gradué pour fournir les niveaux d’éclairement souhaités. Les luminaires ont été disposés selon le plan ci-dessous :
Plan de positionnement des luminaires après rénovation ( O Downlight de 24 W et o spot de 12,7 W)
Caractéristique des luminaires LED installés
Luminaires
Downlight
Spot
Diamètre
216 mm
85 mm
Illustration
Puissance
24 W
12,7 W
Flux lumineux
2 230 lm
655 lm
UGR
21,4
15,5
Efficacité lumineuse
93 lm/W
52 lm/W
Diagramme polaire
Hall de réception après rénovation
Éclairements
Les mesures d’éclairement de la situation initiale ont été prises ponctuellement à une hauteur de 85 cm du sol. L’éclairement final a été mesuré selon une grille de 13 x 12 points.
Positionnement des luminaires et cartographie des éclairements
Situation initiale
Après rénovation – éclairage à 100%
Après rénovation – éclairage à 60%
Nous notons que les valeurs d’éclairement sont hautes mais que l’uniformité ne respecte pas strictement la norme européenne qui demande 0.6 minimum.
Une gradation du flux lumineux des luminaires à 60% permet un éclairement moyen de 535 lx, tout en gardant une uniformité de 0.45 (ce qui ne correspond pas à la valeur demandée par la norme). Nous verrons, en analysant les luminances et l’éblouissement que le fait de graduer les lampes permet de respecter la norme en terme d’indice d’éblouissement, qui n’est pas atteint pour un éclairage à 100%.
Éclairements réalisés
Après rénovation – éclairage à 100%
Après rénovation – éclairage à 60%
minimum sur le plan de travail : Emin
375 lux
240 lux
maximum sur le plan de travail : Emax
1357 lux
1165 lux
moyen sur le plan de travail : Emoy
803 lux
535 lux
Uniformité : Uo
0,47
0,45
Apparence visuelle, distribution des luminances dans le champ visuel et éblouissement
Luminances et UGR mesurées
Vue intérieure
Éclairage à 100%
Éclairage à 60%
Luminance maximum
180 000 cd/m²
90 000 cd/m²
UGR – vue 1
22,1
19,7
UGR – vue 2
21
18,3
UGR – vue 3
23,6
21
Plan de positionnement des luminaires et points de vue des mesures UGR
Calcul du temps de retour sur l’investissement
Le tableau ci-dessous donne le calcul précis réalisé pour évaluer le temps de retour sur investissement de la rénovation. On observe que ce temps de retour est de 9 ans et 4 mois, ce qui est beaucoup plus long que le temps de retour calculé lors du « uplamping », bien que l’économie d’énergie est un peu plus importante dans ce dernier cas (83 % pour 74 % dans le cas du « uplamping »).
Ceci est principalement dû au coût d’investissement qui est de plus de 10 fois le coût d’investissement nécessaire pour le « uplamping ». Néanmoins, l’économie d’énergie n’est qu’un des différents objectifs visés par cette intervention. L’amélioration du confort visuelentre autres, a été en majorité, fortement apprécié par les occupants.
Avant « Uplamping »
Après « Uplamping »
Économie
Énergie
Nombre d’heure de service
2 280 h/an
2 280 h/an
Puissance installée
1×50 + aux = 55 W
1×13 = 13 W
0,6×24 = 14,4 W
Nombre de pièces
37
10
15
Puissance totale
2,04 kW
0,346 kW
83%
Consommation
4 640kWh/an
789 kWh/an
3 851 kWh/an
Émissions de CO2
1,39 tonne/an
0,24 tonne/an
1,15 tonne/an
Consommation
789 €/an
134 €/an
655 €/an
Coûts de maintenance
Durée de vie de la lampe
5 000 h
30 000 h
50 000 h
Prix de la lampe*
2,01 €/pce
75 €/pce
95 €/pce
Prix annuel de l’installation
34,00 €
57,00 €
133,00 €
Coût de la main-d’œuvre
10′ x 25 €/h = 4,17 €/pce
15′ x 25 €/h = 6,25 €/pce
Coût total annuel de la main-d’œuvre
70 €
5 €
4 €
Coût annuel de la maintenance
104 €
199 €
– 95 €/an
Investissement
Coût de démontage
16 x 25€/h = 400 €
Coût d’achat
4 776 €
Coût d’installation
40h x 25 €/h = 1 000 €
Coût d’investissement
6 176 €
Temps de retour
11 ans
* Prix en août 2014
Hypothèses : 0.299 kg CO2 / kWh et coût de l’énergie 0,17€/kWh
Situé dans le parc industriel de Nivelles Nord, cet immeuble de 3 500 m² appelé « Écoffice » s’inscrit dans un projet de recherche soutenu par la Région wallonne et visant à optimaliser les techniques de construction.
L’objectif de ce projet de recherche est la réalisation d’un projet pilote de bâtiment tertiaire passif dont le coût de la construction ne dépasserait pas celui de bureaux normaux.
Le projet est certifié « maison passive » et « Breeam ».
Stratégie énergétique et technique
Une description complète du projet est donnée sur le site www.ecoffice-building.be. Les principales mesures sont une isolation et étanchéité thermique conforme au standard maison passive : Umur = 0.17 W/m²K, triples vitrages Ug = 0.6 W/m²K etc. L’inertie thermique est valorisée par le choix de faux plafonds partiels sous forme d’ilots. Des protections solaires extérieures automatisées de type lamelles permettent le compromis entre lumière naturelle et protection face aux surchauffes. Notons également une installation d’éclairage artificiel particulièrement performante, puisqu’elle respecte les normes d’éclairement avec une puissance moyenne installée de seulement 6 W/m² dans les open spaces et 8 W/m² dans les bureaux individuels.
Au niveau des techniques, les choix principaux sont un découplage du chauffage et de la ventilation mécanique, un découplage des réseaux de ventilation des espaces de bureau et de réunion et un surdimensionnement des réseaux de ventilation hygiénique pour permettre le rafraichissement. Plus en détail :
Le chauffage des 3 500 m² est assuré par une chaudière gaz à condensation de 100 kW alimentant des convecteurs en façade et une batterie de chauffe pour l’air neuf. Une courbe de chauffe règle la température de départ de la chaudière et des différents circuits par étage et demi plateau. Des vannes thermostatiques permettent l’adaptation locale. L’objectif est d’amener une neutralisation de l’air pulsé et un réglage fin par les convecteurs locaux.
La ventilation hygiénique est assurée par un réseau mécanique équilibré avec récupération de chaleur sensible et latente par une roue hygroscopique. Un bypass est prévu si le bâtiment n’est pas en demande de chaleur. Une batterie de préchauffage participe au chauffage. La reprise d’air se fait au travers du faux plafond, utilisé comme plénum pour limiter les pertes de charge.
Deux réseaux de ventilation sont prévus, l’un pour les espaces du bureau, l’autre pour ceux de réunion. Ce découplage facilite la gestion des débits et régule la température en fonction d’horaire et de besoins spécifiques à des différents locaux. Les deux réseaux sont surdimensionnés par rapport aux stricts besoins hygiéniques : d’un facteur 2 pour les bureaux et 4 dans les salles de réunion. Ce surdimensionnement permet une augmentation des débits d’air et le rafraîchissement en été, et un fonctionnement à faible perte de charge, et donc faible consommation d’énergie, en hiver, grâce à une régulation à pression.
Une machine frigorifique à compression alimente des batteries de refroidissement au niveau des groupes de pulsion. En été, la gestion privilégie la modulation de la température de pulsion d’air sur l’augmentation du débit, pour éviter la surconsommation des ventilateurs.
Évaluation par les occupants
Comme tout bâtiment, Écoffice subit une période de rodage dans les premiers mois d’utilisation. Les principales plaintes des occupants concernaient :
l’ergonomie des éléments de contrôle des stores et luminaires ;
des plaintes locales de courant d’air venant du réseau de ventilation, liées au dysfonctionnement d’une boite VAV ;
une impression d’air confiné le matin, liée à un horaire d’enclenchement trop tardif de la ventilation hygiénique ;
une impression de trop grande chaleur en été, non pas du fait d’une surchauffe due au soleil ou aux gains internes, mais à l’arrivée des occupants le matin, du fait d’une absence de free cooling la nuit. L’installation de ventilation ne remplissait pas son rôle de décharge nocturne de la chaleur, pour des raisons de zones mortes trop réduites et d’empiètement de différentes consignes au niveau de la régulation.
Globalement, les premiers mois montrent que la volonté de conserver des techniques simples, mais optimisées a entraîné une complication des aspects liés à la gestion. Trop de consignes, de courbes glissantes, de règles parallèles ont rendu la compréhension du comportement réel du bâtiment complexe, et les ajustements délicats. Une fois ces ajustements réalisés par contre, le bâtiment présentant un comportement proche des attentes des concepteurs, tant pour la consommation d’énergie que pour le confort thermique.
A la fin de l’année 2014 les relevés pour la période du 01 avril 2013 au 30 septembre 2014 ont été comparés avec les résultats des modèles de calcul ENERGY PLUS, PHPP et PEB.
En ce qui concerne les besoins nets de chaleur, l’écart entre la réalité constatée (corrigée en fonction des degrés-jours) et le modèle théorique PHPP n’est que de 5 %.
Les consommations d’eau chaude sont faibles et constantes en toutes saisons. Elles représentent 3.5 % des demandes totales de chaleur.
La différence entre la demande des différents postes et la quantité de chaleur fournie par la chaudière est de 9 %. Cette quantité représente les pertes de distribution.
La plus grande partie (87%) de la chaleur dédiée au chauffage des locaux est amenée au niveau des convecteurs, le solde au niveau des groupes de pulsion. La demande de chaleur est linéairement corrélée aux degrés-jours.
Demande en énergie des différents postes
La consommation des ventilateurs est conforme aux hypothèses faites lors de la construction du modèle ENERGY PLUS. La ventilation des bureaux augmente en été à cause du fonctionnement « free cooling ». La consommation électrique augmente entre 2013 et 2014. Cette dérive est probablement due à un encrassement des filtres compensé par une augmentation de la vitesse des ventilateurs. Entre avril 2013 et mars 2014 (12 mois) la consommation totale a été de 3.65 kWh/m²an contre une consommation attendue de 3 kWh/m²an.
La consommation électrique liée à l’éclairage artificiel est de 9 kWh/m²an. Elle suit un profil saisonnier cohérent avec les simulations. La distribution est stable entre les circuits. La consommation est influencée par une occupation incomplète du bâtiment et par des variations dans la durée d’utilisation (weekend).
Les températures mesurées aux bouches de reprise sont conformes aux attentes sauf dans certains locaux pour les températures moyennes glissantes extérieures les plus basses. Dans ces locaux on constate une tendance vers des températures trop basses en hiver. Aucun dépassement à la hausse n’a été constaté au-delà de la zone de confort I. Cela n’exclut pas la possibilité d’inconforts locaux.
Intervenants
Ce projet a associé différents partenaires disposant chacun de connaissances et de compétences spécifiques. Le projet Écoffice implique la mise en commun de l’expertise de chacun de ces intervenants. Les différents partenaires du projet sont :
Thomas & Piron S.A.
Bureau d’architecture A2M sprl
Centre Scientifique et Technique de la Construction
Architecture & Climat de l’Université catholique de Louvain
Équipements : Les luminaires à réflecteur martelé sont protégés par une corbeille en acier. Ils sont équipés de ballasts magnétiques, et de lampes industrielles.
Gestion : Il n’y a pas de gestion de l’éclairage en fonction de la présence ou en fonction de la lumière du jour entrante.
Coûts : Le cout global (investissement et fonctionnement) pourrait être amélioré en mettant des luminaires équipés de ballasts électroniques dimmables en combinaison avec un système de gestion automatisée. Une étude aide à dimensionner correctement l’installation d’éclairage.
Après rénovation
Puissance installée : 45 luminaires 4 x 35 W = 6,93 kW.
Consommation : 18 000 kWh/an soit 45 % d’économie d’énergie.
(le temps de retour est estimé à 11 ans, mais le confort visuel beaucoup après rénovation est plus élevé !).
Gestion : Gestion manuelle en fonction de l’activité :
100 lux pour le nettoyage de la salle
300 lux niveau de training
500 lux niveau de compétition
ON/OFF manuel.
NB. : il existe des systèmes d’éclairage dimmables : gradation en fonction de la lumière du jour.
(Ici le client a souhaité un système simple et avec sensibilisation de l’utilisateur – il y a de plus un surveillant).
Nous reprenons ici les résultats d’un audit des installations d’éclairage d’une école primaire et d’une école maternelle. L’objectif principal de cet audit est d’évaluer le potentiel d’économie d’énergie propre à une rénovation de l’installation d’éclairage existante. Ces préoccupations énergétiques ne peuvent cependant en aucun cas occulter le but primordial de l’éclairage qui s’exprime en termes de confort visuel.
Les relevés des niveaux d’éclairement ont été réalisés lors de notre visite sur site au moyen d’un luxmètre digital étalonné. Les locaux ont été mesurés en journée (en déduisant l’éclairage du jour).
L’ensemble des calculs et simulations a été effectué au moyen du logiciel DIALUX.
Présentation des bâtiments
Bâtiment A – École primaire
Bâtiment B – École primaire
Bâtiment M – École maternelle
Rappel : économie d’énergie en éclairage
Les 3 fondements de l’économie d’énergie en éclairage sont :
Une installation d’éclairage de haut confort visuel tient compte de :
un niveau d’éclairement correct, en conformité avec la norme EN 12 464-1.
une bonne maîtrise de la luminance en fonction de l’application (pour éviter les problèmes d’éblouissement éventuels).
Analyse de la situation actuelle
Les lampes et les luminaires
Les lampes fluorescentes
Nous répertorions sur le site des luminaires de type et de qualité diverses équipés de lampes à fluorescence d’âge et de qualité variés.
La majorité des lampes fluorescentes est de bonne qualité (type HR de teinte 840).
Mais dans quelques vieux luminaires se trouvent encore des lampes de type « industriel » (teinte 133, 640…). Ces lampes étaient bon marché à l’achat, mais sont de mauvaise qualité.
Les lampes industrielles subissent une rapide dépréciation de leur flux lumineux.
Un autre défaut majeur est leur pauvre rendu des couleurs (IRC 65).
Évolution du flux lumineux dans le temps.
Les luminaires sont équipés de ballasts magnétiques et de starters.
Les luminaires
1. Bâtiment A– École primaire
Dans les classes – réflecteur blanc T8 2 x 36 W – lampes nues, remarquez la teinte différente des lampes.
Dans le couloir – luminaire IP à coiffe perlée, ces luminaires ont un faible rendement.
2. Bâtiment B – École primaire
Dans les classes – luminaires à grille T8 2 x 58 W (quelques 2 x 36 W), remarquez la teinte différente des lampes.
Dans le couloir – luminaire à grille (en mauvais état).
3. Bâtiment M – École maternelle
Des luminaires à plexi opalin, ces luminaires ont un faible rendement.
Niveaux d’éclairement et confort visuel
La norme NBN EN 12464-1« Éclairage des lieux de travail » recommande un niveau d’éclairement de :
Couloirs et circulation : 100 à 150 lux ;
Salle de gym : 300 (éventuellement 500 lux en cas de compétition sport) ;
Classe : 300 lux (tableau 500 lux) – bonne uniformité et contrastes faibles.
La norme recommande également de limiter l’éblouissement.
Voici les résultats de nos mesures de niveau d’éclairement (mesures ponctuelles en déduisant la lumière du jour) :
1. Bâtiment A – École primaire
Classes : 350 lux
Couloir : 30 à 180 lux
2. Bâtiment B – École primaire
Classes : 520 lux (surdimensionné)
Bureau de direction : 680 lux (surdimensionné)
Salle de réunion : 580 lux
3. Bâtiment M – École maternelle
Classes : 240 lux
Salle polyvalente : 285 lux
Réfectoire : 310 lux
Les niveaux d’éclairement sont presque conformes aux recommandations de la norme.
Puissance spécifique
La puissance spécifique, exprimée en W/m²/100 lux est un indicateur utilisé pour juger l’efficacité énergétique d’une installation d’éclairage.
La puissance installée après travaux ne peut dépasser :
entre 3 W/m² par 100 lux dans un couloir bas et large (min 30 m x 2 m x 2,8 m) et 8,5 W/m² par 100 lux dans un couloir haut et étroit (min. 30 m x 1 m x 3,5 m),
2,5 W/m² par 100 lux dans les bureaux, les halls industriels et autres locaux.
Une tolérance pour des locaux de grandes hauteurs étant acceptable.
Des plafonds et des murs clairs aident à diminuer la puissance spécifique.
Les puissances spécifiques calculées varient entre 2,53 et 6,82 W/m²/100 lux.
(Voir tableau URE Situation actuelle en annexe).
Nous concluons d’après les valeurs calculées que l’installation d’éclairage devrait être améliorée.
La gestion de l’éclairage
Nous estimons le nombre d’heures d’allumage des lampes à 1 500 h/an (sauf quelques locaux spécifiques : dortoir, tableaux, salle de réunion, cuisine…: 1 000 h ou 500 h – Voir tableau URE).
Il n’existe pas de système de gestion automatisée de l’éclairage.
Les classes ont min. 2 circuits d’allumage (côté fenêtres, côté couloir, tableau).
Les mesures réalisées sur place montrent un apport important de lumière naturelle dans plusieurs locaux (par des fenêtres et par des lanterneaux).
Grandes fenêtres dans l’école primaire et lanterneaux dans l’école maternelle.
Une économie énergétique peut être obtenue par la gestion automatisée de l’éclairage en fonction de la présence et/ou en fonction de l’apport de la lumière du jour.
Détail pour la rénovation de locaux type
Attention! Cet exemple d’audit date de 2013, les solutions proposées ne sont plus d’actualité!
École primaire – Classe type
Classe type – Situation actuelle
Luminaires 2 x 36 W ballasts magnétiques
Niveau d’éclairement correct : 350 lux
Éclairage du tableau insuffisant
2,78 W/m²/100 lux.
Proposition
Enlèvement et évacuation des vieux luminaires.
Placement de luminaires à grille pour l’éclairage général des classes de l’école primaire (6 dans l’exemple présenté ici) :
Équipés de ballast électronique dimmable et de lampe T5 ECO (1 x 32 – 35 W).
Rendement élevé, flux large (batwing).
ENEC.
2 circuits de commande à maintenir.
Luminaires dimmables côté fenêtres.
Option : éclairage du tableau par 2 luminaires à flux asymétrique pour l’éclairage des tableaux. Équipés de ballast électronique et de lampe 1 x 55 – 58 W T8 ECO.
⇒ Résultat des simulations : 337 lux 1,22 W/m²/100 lux
Implantation des luminaires.
Économie d’énergie possible > 70 %.
***
École maternelle – Classe type
Classe type – Situation actuelle
Luminaires 2 x 58 W ballasts magnétiques
Niveau d’éclairement : 240 lux
6,82 W/m²/100 lux
Proposition
Enlèvement et évacuation des vieux luminaires.
Placement de luminaires à plexi pour éviter un regard direct dans les lampes (pour l’école maternelle).
Rendement élevé (> 85 %).
Équipés de ballast électronique et de lampe T5 ECO (1 x 45 – 49 W).
2 circuits de commande à maintenir.
Luminaires dimmables au dortoir !
⇒ Résultat : 307 lux 2,21 W/m²/100 lux
Implantation des luminaires.
Économie d’énergie possible > 60 %.
***
Réfectoire
Réfectoire – Situation actuelle
Luminaires 1 x 36 W ballasts magnétiques
Niveau d’éclairement : 310 lux
5,09 W/m²/100 lux.
Proposition
Enlèvement et évacuation des vieux luminaires.
Placement de 8 luminaires à plexi pour éviter un regard direct des lampes.
Rendement élevé (> 85 %) !
Équipé de ballast électronique et de lampe T5 ECO (1 x 45 – 49 W).
Luminaires dimmables en fonction de la lumière du jour.
⇒ Résultat : 275 lux 2,29 W/m²/100 lux
Implantation des luminaires.
Économie d’énergie possible > 70 %.
***
Salle polyvalente
Salle polyvalente – Situation actuelle
Luminaires 2 x 58 W ballasts magnétiques
Niveau d’éclairement : 285 lux
4,04 W/m²/100 lux
Proposition
Enlèvement et évacuation des 12 vieux luminaires.
Placement de 6 luminaires renforcés pour salle de gym équipée de ballast électronique et de 4 x 45 W T5 ECO (4 x 45 – 49 W) (éventuellement dimmable).
Résistance aux chocs de ballons (Conforme DIN 57710 Teil 13/VDE 0710 Teil 15/05.81)
Rendement élevé (> 70 %).
ENEC
2 circuits de commande ou luminaires dimmables
⇒ Résultat : 359 lux 2,32 W/m²/100 lux
Implantation des luminaire.
Économie d’énergie possible > 25 %.
Résultats
Sur base de cet avant-projet et les calculs effectués, l’économie d’énergie moyenne en éclairage entre 37 et 77 % dans le cas d’une rénovation de l’éclairage comme décrit dans ce rapport. La nouvelle installation d’éclairage est des plus en conformité avec la norme européenne traitant de l’Éclairage des lieux de travail intérieurs. (EN 12464-1) et limite tout risque d’éblouissement causé par des luminances trop élevées.
Situation actuelle
Puissance installée de l’éclairage : 32,41 kW
Consommation électrique de l’éclairage : 44.373 kWh/an
Après rénovation de l’éclairage
Puissance installée de l’éclairage : 14,4 kW
Consommation électrique de l’éclairage : 16.071 kWh/an
Résultat
Économie en puissance installée : 18,01 kW
= économie de 55 %
Économie en consommation électrique/an : 28.302 kWh/an
Après avoir tiré les premiers enseignements du monitoring, tentons ci-dessous de faire des propositions pour équiper un nouveau projet éventuel.
Une volonté de simplifier les installations techniques et leur régulation
Les possibilités des techniques de régulation numériques actuelles sont fabuleuses. Elles peuvent entraîner le bureau d’études à sophistiquer la régulation (par ex : une gestion de l’éclairage et des stores liée à la luminosité extérieure et combinée à une lecture de la température intérieure des locaux). Les fabricants de matériel font leur travail de marketing pour vendre ces solutions en présentant un rendu final idéal (écran de visualisation des installations), mais en pratique l’école ne disposera pas du budget pour financer la réalisation de ces écrans et devra se contenter d’un accès à une liste de paramètres, incompréhensible à un non-technicien… de la marque !
Très généralement, aucun mode d’emploi simple de l’installation et de sa régulation accessible à un non-technicien n’est réalisé.
Enfin, cette sophistication va à l’encontre de l’évolution de la demande réelle du bâtiment très isolé. Par exemple, à l’école passive de Louvain-La-Neuve, 3 niveaux de température de consigne ont été imaginé :
Consigne de nuit et de weekend (14°C),
Consigne de jour d’un local occupé (20°C),
Consigne de jour d’un local non-occupé (18°C).
Un détecteur de présence, mis en place dans chaque classe, va permettre d’optimiser la consigne.
Cette idée d’affiner la température en fonction de la présence effective des élèves paraît intéressante, mais dans la pratique, la forte inertie et la forte isolation font que la température baisse au plus de 1 degré par 24 heures… Le gain de consommation liée à cette triple consigne est donc très faible.
Cherchons au contraire… une installation technique « passive » !
Chaudière à condensation, radiateurs … mais plus de vanne à 3 voies !
Le chauffage est individualisé, local par local.
Les émetteurs sont des radiateurs à eau chaude, technologie maîtrisée par tous.
Ils sont commandés par une régulation terminale :
vannes thermostatiques ordinaires (classes, locaux administratifs, bibliothèque,…) pour un réglage de température individualisé,
vannes thermostatiques « institutionnelles », c-à-d dont le réglage de température est réalisé par le technicien et non par l’occupant (couloirs, ou locaux des écoles secondaires techniques et professionnelles…) pour mieux gérer le côté impersonnel des locaux partagés,
vanne motorisée pour commander plusieurs radiateurs alimentés par une même tuyauterie et dont les besoins thermiques sont similaires, si on craint les dégradations par les occupants. Cette vanne est insérée dans la tuyauterie en question et est commandée par un thermostat d’ambiance avec horloge hebdomadaire.
La chaudière est à condensation. Elle peut fonctionner à débit nul. Idéalement, elle est alimentée au gaz, à brûleur modulant. Une seule chaudière est suffisante, son rendement sera excellent puisque réalisé sur base d’une petite flamme sous un grand échangeur. Les pannes sont aujourd’hui trop rares que pour justifier le coût du dédoublement de la chaudière.
Le régulateur de chaudière permet :
une régulation climatique de la température d’eau sur base de la température extérieure.
l’arrêt complet de la chaudière la nuit, le week-end, durant les vacances scolaires, et lorsque la température extérieure dépasse une certaine valeur (par exemple 15 °C).
un régime de ralenti pour les périodes de nettoyage en dehors des heures scolaires, basé sur un abaissement de la courbe de chauffe.
une sécurité hors-gel : la chaudière est enclenchée si la température extérieure est inférieure à – 2 °C.
La production d’eau chaude sanitaire est indépendante et décentralisée, de préférence à production instantanée pour limiter tout stockage d’eau chaude. La température est limitée à 45 °C.
La distribution hydraulique est découpée en zones d’usages différents dans le temps : salle de sports, classes, locaux administratifs, réfectoire, … Chaque zone possède son circuit propre.
Chaque circuit est équipé d’un circulateur à vitesse variable et programmable. Des clapets anti-retour sur chaque départ secondaire empêchent une circulation parasite inverse lors de l’arrêt d’un circulateur ;
Il n’y a pas de vannes mélangeuses au départ des circuits. La température de départ est uniquement réalisée à la chaudière sur base de la température extérieure. Un circuit Sud reçoit donc la même eau qu’un circuit Nord, mais les vannes thermostatiques suppriment le débit si le local est chauffé par le soleil ou l’occupant.
Chaque circulateur de zone est géré par un programmateur avec les fonctions suivantes :
une horloge annuelle qui tient compte de l’heure d’hiver/d’été, des années bissextiles, etc. ; Ceci permettra d’introduire d’avance les jours de congé par l’utilisateur et/ou l’exploitant ; Les périodes d’occupation avec les inversions devront être librement programmables pour les différents jours de la semaine et les jours de congé ;
une dérogation manuelle temporisée (pour éviter les simples commutateurs qui restent systématiquement en position manuelle) ;
le dégommage automatique du circulateur en période d’arrêt.
une sécurité hors-gel pour la zone qu’il commande : le circulateur s’enclenche si la température descend sous les …8 °C… dans le local témoin.
Le local témoin est le local jugé le plus froid de la zone, sans influence de la présence d’élèves (local de direction au Nord, bibliothèque, … ).
À noter qu’une fonction d’optimisation (permettant un démarrage et un arrêt optimal basé sur l’information d’une sonde d’ambiance intérieure) ne sera pas installé; dans un bâtiment passif, l’économie générée est très faible par rapport à l’augmentation de la complexité de l’installation. D’autant que dans une école, un local témoin fidèle des besoins n’existe pas…
En reprenant l’installation type donnée dans le schéma en tête de ce chapitre sur le chauffage, la logique de la régulation hors gel et dérogation 2 heures est développée dans le schéma ci-dessous :
KM1 et KM2 sont des relais pilotant les circulateurs des zones Nord et Sud de l’installation ci-dessous. Sans modifier la régulation existante, toute l’installation peut être interrompue par coupure des circulateurs et de la chaudière.
La sécurité hors-gel est double : sur la température des locaux et la température extérieure.
Et la programmation d’un décalage d’1/4 d’heure entre les démarrages des 2 circulateurs réduira le risque de condensation en chaudière puisque toute l’eau froide n’arrivera pas en même temps !
Une ventilation double flux avec récupération de chaleur
Une ventilation double flux assure la pulsion et l’extraction d’air.
Un récupérateur de chaleur permet de récupérer plus de 80 % de la chaleur de l’air extrait pour préchauffer l’air pulsé.
Un puits canadien ne sera pas nécessairement installé. Son intérêt énergétique supplémentaire est faible lorsqu’il est mis en série avec un récupérateur de chaleur. Sa grande qualité est de pré-refroidir l’air pulsé en période de canicule. Mais si le refroidissement de nuit fonctionne bien, on peut se passer de cet équipement. Il apporte de plus un risque hygiénique pour le futur difficilement évaluable…
Si l’usage des locaux est jugé très variable (laboratoire de sciences, par exemple), il peut être décidé de mettre un clapet sur l’arrivée d’air, commandé par un détecteur de présence. Mais le surcoût et la maintenance justifient-t-ils cet investissement supplémentaire ? Pas sûr…
Un refroidissement direct des classes la nuit, par ouverture de la façade
Le refroidissement est assuré par l’ouverture de vasistas dans les classes durant la nuit. L’avantage est que l’air frais arrive directement dans les locaux, sans être préchauffé par le puits canadien éventuel, par le ventilateur, par les gaines de distribution dans les couloirs, …
Différents scénarios peuvent être imaginés :
Ouverture manuelle lorsque l’enseignant quitte la classe
Ouverture motorisée des vasistas en fonction d’une sonde de T° intérieure et de T° extérieure
Ceci avec ou sans ouverture des portes du couloir (ventilation transversale)
Extraction motorisée pour renforcer les débits qui doivent largement dépasser les 4 renouvellements horaires nocturnes.
Si l’on souhaite minimiser encore la consommation électrique, on peut imaginer une extraction naturelle par un point haut de l’école (tirage naturel par effet de cheminée). Mais c’est alors une forte contrainte architecturale…
Une production d’eau chaude sanitaire, décentralisée et instantanée
Les besoins d’eau chaude sanitaire dans une école sont faibles et très intermittents (salle de sport). Ils seront décentralisés et produits, de préférence, par un ou plusieurs préparateurs instantanés à une température de 45 °C.
Les préparateurs d’eau chaude électriques installés sous éviers ou dans les couloirs seront programmés et réglés sur 40 °C.
Serions-nous arrivés ainsi à une installation simple, sans régulateur complexe ? À des équipements passifs pour une école passive ? La vérité sort de la rencontre des idées… nous serions heureux de connaître la vôtre !
En janvier 2010, les élèves de maternelle du collège du Biéreau ont emménagé dans les classes de leur toute nouvelle école passive. Le projet de construction de cette école a été baptisé METIS, acronyme de « Maîtrise Energétique et Technologique d’une Institution Scolaire ». Ce projet a été réalisé dans un esprit de forte collaboration entre l’architecte, Pierre Somers, les entreprises, et les futurs occupants du bâtiment. L’école a été conçue selon le standard passif, afin de limiter la pollution et de réaliser de fortes économies sur la facture énergétiques. Mais ces économies sont-elles réelles ?
Une forte isolation de l’enveloppe
Pour répondre à cette question, il faut d’abord examiner les principes constructifs mis en application lors de la conception du bâtiment.
Tout d’abord l’isolation importante du bâtiment permet de garder la chaleur à l’intérieur du bâtiment en hiver et de se protéger des fortes chaleurs extérieures en été. Cette isolation est réalisée par le placement de flocons de cellulose d’une épaisseur variant de 30 à 40 centimètres dans les murs et de 36 à 50 centimètres dans la toiture. Ces flocons de celluloses sont insufflés dans des caissons recouverts de plaque de plâtre à l’intérieur et de panneaux de fibre de bois à l’extérieur. Ces panneaux en fibres de bois permettent de couper les ponts thermiques réalisés par les poutres en bois des caissons.
En ce qui concerne les portes et fenêtres, les châssis placés sont munis de triples vitrages, dix fois plus isolants qu’un simple vitrage.
Mais une bonne isolation implique de faire la chasse à tout les ponts thermiques possibles, cela afin d’éviter que toute la chaleur du bâtiment ne s’échappe par une faiblesse dans l’enveloppe extérieure. Un bon exemple est donné ici dans la conception de la structure extérieure du bâtiment. En effet, cette structure est réalisée par des poutres et des colonnes en acier qui sont emballées dans les caissons de cellulose, évitant ainsi tout problème de pont thermique.
Une excellente étanchéité à l’air des parois extérieures permet de contrôler totalement les flux d’air entrant et sortant du bâtiment.
La structure intérieure de l’école est réalisée par des dalles de béton armé et des murs maçonnés en blocs de bétons. Ce choix apporte au bâtiment une très bonne acoustique et surtout une forte inertie du bâtiment qui permet une évolution très douce des températures.
Enfin, l’installation de stores motorisés et de « casquettes architecturales » permet de se protéger des rayons du soleil lors des périodes de surchauffe.
Un réseau d’air qui porte le chauffage et génère le rafraichissement
En ce qui concerne la ventilation des classes, elle est assurée par un système de ventilation double flux représenté ci-dessous. L’air neuf pris à l’extérieur passe tout d’abord par un puits canadien : l’air, en passant dans le sol à deux mètres de profondeur, se réchauffe en hiver et se refroidit en été. L’air passe ensuite dans un échangeur récupérateur de la chaleur de l’air sortant. L’air est alors pulsé dans les classes au moyen de ventilateurs. En cas de besoin, l’air est chauffé à 30 °C par une batterie de chauffe terminale placée à l’entrée de la classe. Une sonde de présence actionne d’ouverture d’un clapet à l’arrivée des élèves. Une sonde de température dans chaque classe régule la température. L’extraction se fait par les couloirs et l’air repasse dans l’échangeur avant d’être expulsé en toiture.
Schéma du système de ventilation et de chauffage.
Pendant les nuits d’été, l’air frais extérieur est pulsé dans les classes, mais en by-passant alors l’échangeur !
Voici les principes du système exposés, mais cela fonctionne-t-il en réalité ?
Première analyse du fonctionnement
Pour le savoir, examinons le résultat des mesures effectuées dans l’école.
Sur le graphe de la figure 2 sont représentées quatre courbes prises sur une durée de quatre jours. La courbe noire représente la température extérieure de l’air prise à l’entrée du puits canadien. La courbe verte représente la température de l’air prise à la sortie. L’air est donc réchauffé de 5 et 10°C par son passage dans le puits canadien. Les courbes mauve et jaune représentent respectivement l’évolution des températures de pulsion et d’extraction du système par le couloir. L’air pulsé est ici fortement réchauffé par l’air extrait du bâtiment, entre 8 et 12°C, ce qui prouve la grande efficacité de l’échangeur de chaleur.
Fig. 2 : Fonctionnement en hiver du puits canadien et de l’échangeur de chaleur.
Les courbes de la figure 3 représentent l’évolution de la température dans une classe orientée au nord sur une durée d’une semaine en hiver. La courbe noire représente les températures extérieures. La courbe rouge, représentant la température de pulsion d’air dans la classe, montre que des pulsions ponctuelles d’air à une température entre 30°C et 35°C suffisent à réchauffer l’air de la classe dont la température d’extraction est représentée par la courbe jaune.
Fig. 3 :Fonctionnement en hiver de la ventilation de la classe Nord.
Les courbes de la figure 4 donnent l’évolution de la température dans une classe orientée au sud durant la même froide semaine hivernale. La courbe rouge, représentant la température de pulsion d’air dans la classe, montre que la chaleur fournie par les enfants et le soleil suffit à chauffer cette classe, la température de pulsion étant, aux heures d’occupation du local, plus fraîche que celle d’extraction, représentée par la courbe jaune.
Fig. 4 :Fonctionnement en hiver de la ventilation de la classe Sud.
Cette installation de ventilation et de chauffage fonctionne donc très bien en hiver mais qu’en est-il de son fonctionnement en été ?
Sur le graphe de la figure 5 sont représentées quatre courbes prises sur une durée de quatre jours de canicule. La courbe noire représente la température extérieure. La courbe verte représente la température de l’air prise à la sortie du puits canadien. L’air est donc rafraîchi durant la journée et légèrement réchauffé durant la nuit. On peut se demander s’il ne serait pas intéressant de prendre l’air directement à l’extérieur pour refroidir le bâtiment la nuit sans passer par le puits canadien. Mais une telle stratégie empêcherait aussi le refroidissement de ce puits durant la nuit.
Les courbes bleue et jaune représentent respectivement l’évolution des températures de pulsion et d’extraction dans la classe du fond du couloir. On constate que l’air entrant dans la classe est nettement plus chaud que l’air qui sort du puits canadien. La raison en est la chaleur apportée par le ventilateur de pulsion et l’impact de la chaleur du couloir autour de la conduite d’amenée de l’air… La courbe jaune ne montre qu’un léger refroidissement du bâtiment durant la nuit. Mais malgré tout, par une température extérieure de 35°C, la température intérieure ne dépasse pas 27°C, ce qui montre la bonne inertie du bâtiment.
Ce refroidissement mécanique de nuit consomme de l’électricité… Dès lors, un refroidissement naturel direct par ouverture de fenêtres dans les classes et, soit l’action d’un extracteur mécanique, soit un effet cheminée naturel au dessus du couloir aurait été peut-être plus efficace et moins énergivore ?
Fig. 5 :Fonctionnement en été du puits canadien et de l’échangeur de chaleur.
La consommation en gaz mesurée y est très faible : 3 000 m³ de gaz en un an, pour 1 600 m² chauffés, soit la consommation équivalente à une maison d’habitation traditionnelle … pour un volume 10 fois plus grand ! Par contre, la consommation de 40 000 kWh électriques pourrait être améliorée car elle reste encore dans la moyenne de consommation des écoles traditionnelles. Des optimisations sont en cours…
Il serait dommage de conclure sans mentionner l’avis unanime des enseignants : la vie dans cette nouvelle école passive est vraiment très agréable ! La grande qualité d’air intérieur, le confort thermique des parois chaudes et le confort acoustique y sont très appréciés.
Un confort intérieur remarquable
La qualité de l’air intérieure est excellente : des taux de CO2 l’ordre de 500 ppm sont mesurés (contre 3 à 4 000 dans les classes traditionnelles aux châssis rénovés… sans prise en compte de la ventilation !). La fameuse question : « Peut-on ouvrir les fenêtres ? » ne se pose pas ! Et rien n’empêche de les ouvrir en mi-saison, lorsque le chauffage est arrêté…
La stabilité des températures est très bonne grâce au choix d’une très forte inertie intérieure en contact direct avec l’ambiance. Et ce malgré un compromis pour l’acoustique : un absorbeur collé sur les 2/3 du plafond des classes.
Au niveau acoustique, à signaler également le très bon fonctionnement de la chicane absorbante acoustique placé dans le mur au passage de l’air entre classe et couloir.
La température intérieure est bien maîtrisée, grâce à casquettes architecturales et des stores de type screen qui filtrent le soleil.
Une consommation de chauffage 6 fois plus faible que la moyenne
Beaucoup de points forts se dégagent :
L’air gagne 5 à 7°C en passant par le sol en période de gel et perd 5 à 7°C en période de canicule.
L’échangeur de chaleur présente un rendement qui dépasse les 80 %.
L’individualisation de la gestion du chauffage local par local s’avère bien être une nécessité, il aurait été impossible de réussir une température intérieure correcte si l’on n’avait à disposition qu’une seule température de pulsion d’air pour l’ensemble des locaux.
La consommation annuelle, qui pourtant vérifiait les 15 kWh/m² lors de l’évaluation sur plan, frôle les 25 kWh/m² dans la pratique. Le rendement des installations, la production d’eau chaude sanitaire et le besoin de mise au point de la première année expliquent sans doute ce fait. Cette consommation est malgré tout 6 fois plus faible que la consommation moyenne des écoles du réseau libre.
Une consommation électrique qui reste élevée
La consommation électrique, par contre, interpelle. Elle est sensiblement égale, en kWh, à celle du chauffage au gaz. Donc elle est 2,5 fois plus élevée que le chauffage en énergie primaire ! En fait, elle est similaire à celle de la moyenne des écoles du réseau libre.
Globalement, avec un total de 90 kWh/m² en énergie primaire, le bâtiment respecte le critère de consommation primaire totale du passif. Mais vu l’accent tout particulier mis à réduire la consommation énergétique du bâtiment, on aurait pu s’attendre à une consommation électrique nettement plus faible que la moyenne également…
Ou part cette énergie électrique ? Pour moitié dans l’éclairage (pas de dimming, un seul interrupteur par classe,…) et pour un tiers dans les ventilateurs du double flux. Le fait que ces ventilateurs restent en fonctionnement jusque minuit pour assurer la ventilation de l’appartement intégré dans l’école n’est sans doute pas étranger à ce montant…
Une gestion lourde pour le directeur
Un directeur d’école ne devrait pas s’occuper de la gestion des équipements techniques de son bâtiment. Son rôle devrait se limiter à l’intégration des horaires de fonctionnement, une fois par an.
Le monitoring de l’école du Biéreau a fait apparaître que l’intégration des fonctions (ventilation, chauffage et froid) dans un même équipement de régulation est source de complexité :
dans la mise au point du bon fonctionnement,
dans la gestion future par les occupants.
Quelques disfonctionnements ont été relevés, notamment dans la gestion du free cooling. Pour une installation aussi innovante, un véritable commissionning aurait pu être prévu, c’est-à-dire une recherche du réglage optimum des installations. Mais cela demande une instrumentation spécifique… et un financement pour le faire !
L’académie de dessin et d’arts visuels de Molenbeek est située rue Mommaerts. Son installation de chauffage a été rénovée dans les années 2004-2005. Il s’agit d’une installation de chauffage moderne dont la conception respecte les règles de l’art en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Néanmoins, si une installation bien conçue est un élément essentiel pour un fonctionnement efficace, il faut aussi que l’exploitation quotidienne se fasse de manière optimale. C’est à ce stade qu’intervient la régulation. Il est important que le contrôle, le « pilotage », de l’installation se fasse de manière correcte et cohérente durant toute la durée d’utilisation. Dans bien des cas, on trouve des installations modernes dont la régulation ne fonctionne pas bien (ou plus bien), grevant ainsi de manière significative les performances énergétiques. À titre d’exemple, il peut s’agir de paramètres de la régulation qui ont été modifiés de manière incorrecte pour faire face à une situation ponctuelle, de paramètres de réglage qui n’ont jamais été adaptés finement au bâtiment, voire de matériel assurant la régulation qui est devenu défectueux.
C’est dans cette réflexion qu’a été réalisé l’audit de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek. Cet audit a pour but d’identifier les éventuels dysfonctionnements de la régulation, d’en optimiser les paramètres ainsi que d’aider le Responsable Énergie à se réapproprier la compréhension et la maitrise des régulateurs. Cet encadrement méthodologique a été réalisé par l’ICEDD dans le cadre d’un audit Sibelga. Durant l’audit, l’attention s’est essentiellement focalisée sur la régulation.
Description de l’installation
Comme évoqué plus haut, l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek est équipée de matériel performant et a bénéficié d’une bonne conception. Nous décrivons ci-dessous les éléments de l’installation ainsi que les mesures qui ont été prises pour atteindre les meilleures performances énergétiques.
Schéma de principe de l’installation
Schéma de principe de l’installation de chauffage de l’académie de Molenbeek.
À la production, on trouve deux chaudières au gaz à condensation de 300 kW fonctionnant en parallèle (2). Il s’agit de deux chaudières à prémélange équipées d’un ventilateur et d’un contrôle de combustion. Elles permettent d’atteindre une large plage de modulation (de 8 à 100 % de la puissance nominale) avec de très bons rendements. En outre, la technologie du brûleur a été développée pour minimiser l’émission de NOx.
Nous sommes en présence de chaudières contenant un grand volume d’eau et qui par conséquent ne nécessitent pas d’être irriguées en permanence d’un débit d’eau minimum. Cette caractéristique permet de disposer d’un collecteur primaire ouvert (1) (non bouclé, sans bouteille casse-pression). Ceci permet d’éviter tout risque d’un retour direct d’eau à haute température vers le retour des chaudières qui grèverait la condensation. Sur ce circuit primaire viennent se greffer deux circuits de chauffage qui vont distribuer l’eau chaude dans les différentes parties du bâtiment. La température de départ de chaque circuit est adaptée avec une vanne trois voies (3). La température de départ est mesurée au moyen d’un capteur (4). Celle-ci est adaptée au moyen de la vanne trois voies pour atteindre une température de consigne fixée par la régulation climatique (5). Par définition de la régulation climatique (courbe de chauffe), la température de consigne pour l’eau de départ est fixée principalement en fonction de la température extérieure.
L’occupation et par conséquent le chauffage des locaux est intermittent. Dans certaines plages horaires (définies dans le régulateur) correspondant à l’inoccupation du bâtiment, le chauffage est coupé. En pratique, on laisse redescendre la chaudière en température et les circulateurs (6) sont coupés pour ne plus alimenter les circuits de chauffage. Néanmoins, en période de gel (mesurée par la sonde extérieure de la régulation (5)), on fait de nouveau circuler de l’eau dans le circuit de chauffage pour assurer que le bâtiment ne descende pas trop bas en température pendant la période de coupure. Dans ce cas, le niveau de température pour les départs des circuits est maintenu à une valeur faible, mais suffisante pour « protéger » le bâtiment.
Les radiateurs, non représentés dans le schéma ci-dessus, sont équipés de vannes thermostatiques pour réaliser la régulation fine de température dans chaque local. Les vannes thermostatiques étant susceptibles de se fermer pour réduire le débit (lorsqu’elles réalisent la régulation locale), des circulateurs à vitesse variable (6) ont été placés sur chaque départ limitant ainsi les consommations électriques liées à la distribution.
Pour conclure, il nous reste à commenter la manière dont les deux chaudières sont régulées. Le brûleur de chaque chaudière est régulé pour maintenir une température de départ à un niveau de consigne (2). Cette température de consigne pour le circuit primaire est calculée par le régulateur (5). Il s’agit généralement de la température du circuit de chauffage le plus demandeur (majorée de 5°C). En d’autres termes, il s’agit de la température calculée par la régulation climatique en fonction de la température extérieure (augmentée de 5°C) pour les deux circuits de chauffage.
Photographie des différents éléments
Les deux chaudières sont de type gaz à condensation de 300 kW (première photo). La deuxième photo montre le collecteur primaire et les départs/retours des deux circuits de chauffage. De manière générale, on voit que l’ensemble des conduites et des vannes est particulièrement bien isolé pour limiter les pertes vers la chaufferie. La troisième photo est un zoom sur une des extrémités du collecteur primaire : on voit clairement que le circuit primaire est de type ouvert.
La première photo est un zoom sur les vannes 3 voies (3) qui équipent chacun des 2 circuits de chauffage : le niveau d’isolation est soigné. Chaque température de départ est mesurée et transmise (4) au système de régulation (5). La deuxième et la troisième figure montrent ces capteurs de température en conduite ainsi que leur câblage vers le régulateur.
Les trois photographies montrent à quoi peut ressembler un système de régulation d’une installation de chauffage (5). La première photo montre le coffret électrique de l’installation dans lequel se trouve la régulation. La deuxième image est un zoom sur le rail sur lequel est monté le régulateur (à gauche) et son interface avec l’utilisateur de contrôle (à droite). Dans cette installation, l’interface est assez conviviale dans la mesure où elle est facile d’emploi, explicite et donc relativement facile à manipuler par un utilisateur indépendant du fabricant (en d’autres termes, non-initié à travailler avec ce matériel spécifique).
On retrouve les deux circulateurs à vitesse variable (6) sur les deux dernières photos. On remarque que l’enveloppe du circulateur au niveau de son rotor est elle aussi isolée pour limiter les pertes de chaleur.
Campagne de mesure
L’audit a pour but de vérifier si l’installation de chauffage se comporte correctement, de détecter d’éventuelles erreurs et, si possible, d’apporter une correction. Pour faire le diagnostic, il faut disposer d’informations. Il peut s’agir de témoignages d’occupants du bâtiment (ex. plaintes), du gestionnaire de l’installation ou par la vérification « in situ » du fonctionnement. Néanmoins, la source d’informations que nous souhaitons mettre en avant dans cette « étude de cas » est la campagne de mesure. En effet, sur base des technologies actuelles de sondes de mesure, il est très facile de placer plusieurs sondes de température (d’ambiance ou de surface) au sein de l’installation pour mesurer et enregistrer son fonctionnement. Il s’agit de sondes que l’on achète et place « soi-même » et non pas des capteurs propres à la régulation (dont l’historique des mesures est généralement indisponible).
Dans la présente étude, les sondes suivantes ont été placées :
mesure de la température de départ et de retour des deux circuits de chauffage (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température de départ et de retour des chaudières (par la mesure de la température de surface des conduites métalliques) ;
mesure de la température extérieure (par une sonde de mesure de la température ambiante placée dehors à l’abri du vent et de la pluie) ;
mesure de la température dans plusieurs zones thermiques (locaux) du bâtiment (par une sonde de mesure de la température ambiante).
Ce matériel ainsi que son logiciel d’exploitation sont relativement bon marché. Le prix varie suivant les marques, mais une recherche rapide nous a permis d’estimer la valeur à approximativement ~ 1 000, 1 500 €. Au regard du prix de l’installation ainsi que du potentiel d’économie réalisable via un audit de la régulation, l’investissement dans un tel matériel est négligeable.
Exemples de mesures
Mesure de la température de départ et de retour de la chaudière par sonde de mesure de la température de surface : sonde appliquée sur la surface métallique avec une bande en velcro.
À gauche, mesure de la température de départ du circuit de chauffage en aval du circulateur (de nouveau, sonde avec bande velcro). À droite, sonde de mesure de température ambiante (pour zone thermique du bâtiment ou température extérieur).
Résultats et amélioration de la régulation
Nous illustrons les résultats de la campagne de mesure par des graphes représentant des relevés réalisés entre le 08/12/2010 et le 20/12/2010. Cela permet de mettre en évidence l’effet de mesures correctives apportées à l’installation, celles-ci ayant été introduites le 14/12 (soit au milieu de l’intervalle de temps cité ci-dessus).
Paramètres de réglage initiaux (comportement avant le 14/12)
La campagne de mesure a montré que la régulation était mal paramétrée :
D’une part, la courbe de chauffe en occupation des 2 circuits de chauffage (droite rouge sur la figure ci-dessous) était très élevée. La courbe de chauffe se définit par deux points. Le premier est la température de départ quand la température extérieure est la plus basse (température de dimensionnement). La valeur était au départ fixée à 80°C par -10°C extérieur. Le deuxième point est la température de départ à la température extérieure limite de chauffage (c’est-à-dire la température extérieure à partir de laquelle on commence à chauffer le bâtiment). La valeur était au départ fixée à 70°C pour une température extérieure de 15°C. La température de départ était bien trop chaude pour les températures extérieures modérées (entre 5° et 15°C). En conclusion, il n’y avait qu’une différence de 10°C entre les points extrêmes de la courbe de chauffe ce qui révèle que la régulation climatique ne régulait pratiquement pas. Dans ces conditions, le fonctionnement des vannes thermostatiques présentes sur les radiateurs n’est pas optimum.
D’autre part,
la courbe de chauffe en inoccupation (droite bleue sur la figure ci-dessous) n’était pas non plus optimisée car on opère toujours la distribution d’eau chaude dans les radiateurs ce qui assure toujours un chauffage des locaux (à plus faible intensité).
Ci-dessous le graphique présentant le réglage initial de la courbe de chauffe :
Sur base de ce constat, on remarque une incohérence majeure dans la paramétrisation. En effet, la régulation climatique demande presque exclusivement des températures supérieures à 75°C pour les circuits de chauffage et, par conséquent, pratiquement un minimum de 75-80°C aux chaudières (+ 5°C par rapport au circuit le plus demandeur). Dès lors, les chaudières se mettent systématiquement en arrêt temporaire (via l’aquastat) dès que leur température atteint 80°C (ce qu’on observe dès que la température extérieure descend en-dessous de 5°C). Les chaudières se mettront dès lors de manière cyclique en mode arrêt/marche. On peut s’en convaincre par le graphe de mesure de la température de départ des chaudières (durant une semaine avec gel), Figure (1).
Figure (1) : Mesure de la température de départ des chaudières entre 08/12 et le 20/12, une semaine avec gel (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).
Avant l’intervention du 14/12, on voit bien que la température est oscillante, en dents de scie, la chaudière se mettant systématiquement en arrêt provisoire au-delà de 80 °C. La chaudière se remettait en marche pour des températures entre 50 et 60 °C. Ce n’est pas un fonctionnement normal pour des chaudières à condensation modulante qui sont censées adapter leur puissance aux besoins. En pratique, il faut éviter ces cycles courts de production parce qu’ils augmentent l’émission de polluants, réduisent le rendement et augmentent l’usure du matériel. Sur ce graphe, on constate aussi qu’avant le 14/12, la température en période d’inoccupation tourne autour de 45 °C. Cette température grève les performances de l’intermittence. Ceci est du à un abaissement insuffisant de la courbe de chauffe en inoccupation. On voit dans le graphe suivant que la température dans les différents locaux ne varie pas significativement entre le jour et la nuit (avant le 14/12), Figure (2). Dans les graphes, on distingue notamment la différence d’intermittence entre une période d’inoccupation pour la nuit ou le week-end.
Figure (2) : Mesure de la température dans trois zones thermiques du bâtiment (bleu, vert et magenta) et de la température extérieure (rouge) (date/heure en abscisses et température correspondante en ordonnées).
Paramètres de réglage adaptés (comportement après le 14/12)
Pour corriger les comportements cités ci-dessus, les mesures suivantes ont été prises :
La courbe de chauffe des 2 circuits a été redéfinie de manière plus raisonnable. La différence de température de départ est plus marquée suivant la température extérieure. La température de l’eau est surtout abaissée lorsqu’il fait « doux » dehors. En outre, le niveau de température a été globalement abaissé pour réduire les pertes de distribution, augmenter l’efficacité des chaudières à condensation et l’efficacité des vannes thermostatiques. L’évolution de la température est plus lissée, signe d’une bonne modulation.
La courbe de chauffe en inoccupation a été abaissée pour rendre l’intermittence plus efficace ce qui permet une coupure pratiquement complète du chauffage en inoccupation.
Les horaires de chauffe ont été adaptés d’une part en fonction des occupations réelles (on chauffait un circuit le vendredi alors que la partie du bâtiment desservie était inoccupée toute la journée) et d’autre part en fonction de la coupure en inoccupation qui nécessite une anticipation plus prononcée à la relance notamment le lundi (on ne dispose pas d’une sonde d’ambiance qui permettrait d’optimiser automatiquement la relance).
On peut maintenant visionner l’effet de ces mesures sur les Figures (1) et (2), en se focalisant sur la période ultérieure au 14/12. Sur la Figure (1), on voit que la température de départ est plus régulière en période d’occupation. Les chaudières fonctionnent dès à présent sans cycles courts. La température en période d’inoccupation a été réduite jusqu’à obtenir une coupure de chauffage en période d’inoccupation (une fonction « température départ par gel extérieur » permet néanmoins d’assurer un contrôle minimum de la température ambiante). L’effet sur la qualité de l’intermittence est visible sur la Figure (2). On voit que la température des zones redescend significativement en période d’inoccupation, durant la nuit et le week-end. Un pic de « surchauffe » est visible le 18 et 19/12 dans une zone de mesure (courbe en magenta). Pour information, il ne s’agit d’un dysfonctionnement. Une chaufferette électrique est parfois installée, de façon occasionnelle, pour augmenter la température d’un local spécifique (ex. séance de dessin avec modèle nu).
Bien entendu, on n’obtient pas nécessairement le bon paramétrage du premier coup. Le gestionnaire devra probablement encore adapter le paramétrage pour un fonctionnement adéquat : fournir le confort souhaité aux heures souhaitées avec le maximum d’efficacité énergétique.
Conclusions
Au travers cette étude de cas, nous avons essayé de vous convaincre de l’intérêt de réaliser un audit de régulation ainsi que de sa simplicité. En effet, le matériel nécessaire est relativement réduit, peu coûteux et facile d’emploi.
Pour conclure cette étude de cas, un point nous semble important à mentionner. La facilité du suivi de la régulation d’une installation de chauffage est grandement conditionnée par la qualité de l’interface du système de régulation. L’interface de la présente installation est explicite, conviviale/ergonomique ce que facilite grandement son usage par des non-spécialistes. Dans beaucoup d’installations, c’est loin d’être le cas. On est en présence d’une « boîte noire » sans interface, voire avec une interface totalement hermétique pour un non-spécialiste. Dans ce cas de figure, l’adaptation des paramètres de régulation nécessite l’intervention de spécialistes familiers de la marque du régulateur … soit, des coûts supplémentaires et une perte de contrôle et/ou de compréhension sur l’installation à moins de disposer des compétences en interne pour en assurer le suivi ce qui n’est pas toujours le cas. Conclusion : attention lors du choix de votre matériel de régulation ! Veillez à ce qu’il soit adapté à l’utilisateur final !
Différence entre une interface explicite et facile d’emploi et d’un boîtier de régulation « boîte noire ».
Dans certaines installations, on trouve une chaufferie qui réalise la production de chaleur pour un ensemble de plusieurs bâtiments. La chaleur produite est distribuée au départ de la chaufferie vers les différents consommateurs via un réseau de chaleur. Celui-ci est composé d’un circuit primaire (directement couplé à la chaufferie) qui alimente les différents circuits de chauffage des bâtiments au travers d’un échangeur à plaque, les circuits secondaires. Il y a donc autant de circuits secondaires que de bâtiments. Ces circuits peuvent avoir des propriétés qui varient selon les bâtiments (type de fluide caloporteur, régime de température). Un compteur de chaleur est placé au départ de chaque circuit secondaire si bien qu’il est possible d’identifier clairement la consommation de chaque bâtiment. Chaque utilisateur reste donc responsable de la maîtrise de sa consommation énergétique.
Illustration du principe de chaufferie centralisée couplée à réseau de chaleur.
Les raisons qui peuvent conduire au choix d’une chaufferie centralisée sont multiples. On peut citer les économies d’échelle possible qui permet d’obtenir un investissement global plus faible comparé à des chaudières réparties dans chaque bâtiment. Au final, cela doit améliorer la rentabilité du projet. En outre, la chaufferie sera gérée par des professionnels ce qui doit assurer un fonctionnement correct du matériel, c’est-à-dire obtenir les rendements de production attendus ainsi qu’une usure normale du matériel. Dans le cas du bois-énergie, ces éléments sont particulièrement intéressants dans la mesure où les investissements sont relativement plus importants. On souhaite donc obtenir une durée de vie maximale du matériel pour obtenir la meilleure rentabilité. De plus, le gestionnaire de l’installation s’occupe de l’approvisionnement et du stockage du bois-énergie, ce qui simplifie grandement la vie des utilisateurs. On pourrait résumer le potentiel d’une chaufferie centralisée au bois-énergie comme étant « une opportunité de se chauffer avec une énergie renouvelable en minimisant le prix et les contraintes pour les utilisateurs« .
Néanmoins, un élément clef pour garantir l’efficacité énergétique de ses installations est de minimiser les pertes par distribution. Il s’agit de l’énergie perdue par le réseau de distribution dans le sol (qui a une température plus froide). À l’image des habitations, on isole les conduites des réseaux de chaleur afin de minimiser ces pertes. Celles-ci sont-elles pour autant négligeables ? Sur ce point, les opinions divergent. Certaines études tendraient même à montrer que quelle que soit la structure du réseau de distribution, les pertes grèvent toujours de manière significative la rentabilité des réseaux de chaleur. Cette question dépassant le cadre de cette étude, nous encourageons les lecteurs qui veulent s’engager dans un projet de réseau de chaleur de s’assurer auprès du gestionnaire du projet (ex. le bureau d’études) que ces pertes seront minimisées et ne dégraderont pas substantiellement les performances de l’installation.
Exemple de tuyaux utilisés pour le réseau de chaleur.
Gardons quand même à l’esprit qu’il est préférable d’avoir des consommateurs ayant les mêmes profils de consommation sur une même boucle primaire. En effet, comme le schéma ci-dessus le représente bien, il suffit qu’un seul des utilisateurs finaux ait besoin de chaleur à un moment donné pour que le fluide caloporteur circule dans l’ensemble de la boucle primaire, ce qui peut potentiellement engendrer des pertes importantes pour un besoin final faible.
Le projet de chaufferie centralisée au bois à Libin
La Commune de Libin est une des plus grosses communes forestières de Wallonie, avec plus de 8 200 ha de forêts dont 6 069 ha de forêts communales soumises. Alors, quand il s’est agi de trouver une solution pour chauffer économiquement et écologiquement les principaux bâtiments communaux, le choix d’une chaufferie centralisée au bois s’est rapidement imposé ! L’étude de préfaisabilité a été réalisée en 2003 alors que les travaux ont été effectués en 2008.
Non contentes de faire ce choix pour leurs propres bâtiments, les autorités communales ont aussi fait la démarche d’associer le plus largement possible les riverains au projet de réseau de chaleur. Ils représentent aujourd’hui 50 % des consommations du réseau. Une option qui offre l’avantage de réduire proportionnellement les coûts d’investissement, d’améliorer la rentabilité des infrastructures et de rendre le système thermiquement plus performant, en associant des consommateurs avec des profils (tertiaires et logements) complémentaires. En effet, cette complémentarité accroît la charge de base, c’est-à-dire la charge présente en quasi-permanence, ce qui accroît le temps de fonctionnement de la chaudière.
Pour son approvisionnement en bois, la commune de Libin s’est par ailleurs associée aux communes voisines de Paliseul et Wellin pour mettre en place et gérer une plateforme transcommunale de préparation, de séchage, de stockage et de distribution des plaquettes de bois faites à partir de bois forestiers de moindre valeur.
Cette étude de cas est une version étendue des fiches produites par le facilitateur bois-énergie orienté secteur public pour le compte de la Région wallonne. Cette fonction de facilitateur est réalisée par la Fondation Rurale de Wallonie (FRW) dans la personne de Francis Flahaux. Cette fiche technique est disponible via le site internet de la FRW (http://www.frw.be/). En outre, le projet de chauffage urbain à Libin s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.
Description du réseau de chaleur
Le réseau de chaleur assure le chauffage de 9 bâtiments publics, mais aussi de 16 bâtiments privés représentant 22 logements, dont une banque, un hôtel, des logements sociaux. Il est composé de trois branches et mesure 715 mètres de long.
Schéma du réseau de chaleur à Libin. Le silo de stockage se situe au niveau du rectangle bleu et la chaufferie au niveau du rectangle rouge. Les bâtiments publics sont les suivants : la maison communale (1), les écoles communales (2), la salle de gym (3), la poste (4), le CPAS (5), le presbytère (6), l’église (7), la maison de village (8) et les logements sociaux (9). Quant aux bâtiments privés, on retrouve l’Hôtel (10), les logements privés (11) et la banque (12).
Vues du centre de Libin. La première image montre la maison communale (1) à droite avec les logements privés (11) et la banque (12) répartis du côté gauche de la rue. La deuxième image est prise dans la direction opposée. On distingue au premier plan le « couvercle » du silo, ensuite vient la maison communale (1). L’église (7), la maison de village (8) ainsi que les logements sociaux (9) ne sont pas visibles en arrière-plan. La dernière image est prise dans la ruelle qui longe les écoles communales (2).
Photographies lors du placement des tuyaux du réseau de chaleur.
La chaufferie
Le schéma ci-dessous illustre bien le principe de base de la chaufferie, bien que la configuration spatiale (c’est-à-dire la position relative des différents éléments) diffère un peu avec la situation réelle à Libin. Au départ, on trouve un silo enterré pour réaliser le stockage des plaquettes. Le plafond du silo est muni d’une trappe qui permet à camion de venir alimenter le silo. Sur le sol du silo, on trouve le racleur hydraulique qui permet d’extraire des plaquettes hors du silo et de les diriger vers le système d’alimentation de la chaudière. Finalement, les plaquettes sont acheminées vers la chaudière au moyen d’une vis sans fin.
Schéma de principe de la chaufferie à plaquette de Libin : silo (accessible par un charroi lourd, équipé de deux lignes de racleurs hydrauliques), vis sans fin et chaudière en bout de course.
On peut maintenant illustrer de manière plus précise chaque élément cité ci-dessus.
Le silo, l’extraction et le transport des plaquettes
La première photo montre, en avant-plan, la trappe fermée du silo en avant de la maison communale. On constate que la présence du silo est assez « discrète » dans la mesure où l’intégration avec l’ensemble des bâtiments est assez harmonieuse. Les photos suivantes montrent l’ouverture progressive de la trappe au moyen de vérins. Une fois la trappe complètement ouverte un camion peut venir alimenter le silo, comme l’illustre la dernière photographie.
Le silo a un volume utile de 90 m³. Il assure 7 jours d’autonomie à la chaudière bois quand elle fonctionne à puissance nominale.
La première photo donne une idée de la profondeur du silo comparé aux dimensions de la trappe. La deuxième photo montre les deux racleurs hydrauliques placés dans le silo.
Deux lignes de racleurs hydrauliques ramènent les plaquettes vers une vis sans fin. Celle-ci alimente la chaudière située en bout de course de la vis.
La première figure l’arrivée des plaquettes sur le début de la vis sans fin, en fin de ligne des racleurs hydrauliques. La deuxième photo montre le canal métallique qui contient la vis sans fin et qui fait progresser les plaquettes vers la chaudière. Celle-ci est visible sur la troisième photographie (en orange). Finalement, on voit la vis sans fin munie de retour d’angle pour assurer les changements de niveau permet aux plaquettes de parcourir une petite dizaine de mètres.
La chaudière à plaquettes
La chaudière Schmid à plaquettes a une puissance de 550 kW. Elle possède un foyer de type volcan, un décendrage et nettoyage automatique des tubes de fumées. La nouvelle chaufferie contient une chaudière d’appoint au mazout. Celle-ci à une puissance de 600 kW. Néanmoins, grâce à la complémentarité des profils de consommation évoquée ci-dessus (entre tertiaire et logements) qui assure une charge de base plus importante, la chaudière au bois assure 90 % de la production de chaleur. Dans le cas de la chaufferie de Libin, les deux nouvelles chaudières ont pu être installées dans l’ancienne chaufferie évitant ainsi de devoir construire un nouveau bâtiment.
La première figure montre la chaudière à plaquette au sein de la chaufferie. La troisième figure illustre son principe de fonctionnement. On distinguera principalement le foyer volcan alimenté par une vis sans fin, ainsi que le réseau de tubes de l’échangeur de chaleur (qui récupère l’énergie des fumées).
La première image montre l’intérieure de la chambre de combustion (en dépression). La deuxième photographie est un zoom sur les vérins qui assurent le raclage des tubes horizontaux de l’échangeur de chaleur, effectuant ainsi le nettoyage et le décendrage. La troisième photographie montre un des cendriers connectés à la chaudière tandis que la dernière image donne un aperçu du volume de cendre qui peut être généré.
Analyse économique
L’investissement total de l’installation est de 1 078 000 € TVAC. Approximativement la moitié de l’investissement est dédié au réseau de chaleur (avec 468 022 €). Le restant de l’investissement peut être divisé en trois parties quasiment égales : le gros œuvre (191 156 €), la chaudière et ses périphériques (208 975 €) et l’hydraulique (174 507 €). La part dédiée aux études et à la coordination est relativement faible dans la mesure où elle se limite à 35 340 €.
Le soutien financier de la Wallonie a été substantiel dans la mesure où celle-ci est intervenue pour un montant s’élevant à 862 400 €. La part restant à la commune étant limitée à 215 600 €. Sur base des prix de l’énergie moyens de 2008, la consommation annuelle de ~2 000 map de bois permet d’économiser approximativement 60 000 €/an par rapport au mazout, le vecteur énergétique de l’ancienne installation. Sur base de ces chiffres, le facilitateur bois-énergie estime le temps de retour à 3.6 ans pour un matériel dont la durée d’utilisation tourne autour d’une vingtaine d’années (du moins en ce qui concerne la chaufferie).
Performances environnementales
Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière au bois permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Il faut du moins que la forêt de laquelle sont extraites les plaquettes soit gérée de manière durable.
Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO2 émis par kWh pour le fioul et de 25 grammes par kWh pour les plaquettes. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO2 par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de ~2 000 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de ~600 tonnes d’équivalents CO2 par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 486 tonnes par an. En termes de production de SO2, cette réduction serait de 940 kg/an.
Quelles leçons tirer après 8 ans d’usage ?
Les travaux furent terminés en 2008. En 2016, nous avons rencontré le premier échevin de la commune de Libin et avons visité les installations en compagnie de la conseillère en énergie de la commune et du responsable technique de ces équipements.
Ils nous ont fait part de leurs expériences.
Leurs clients privés sont très satisfaits du service offert. Ils payent exactement l’énergie fournie (rendement de production : 100 %). Ils n’ont pas de frais d’entretien. Ils n’ont pas besoin de chaufferie ni de cheminée. La chaleur fournie est suffisante et très rarement indisponible, la plupart du temps à cause d’une panne chez le client. Dans ce dernier cas, le gestionnaire du réseau intervient très rapidement.
A l’usage, il est cependant apparu que certains points peuvent être améliorés. Un audit de l’installation hydraulique va être réalisé pour pouvoir définir les améliorations nécessaires.
La boucle du réseau de chaleur extérieur est fort longue. Elle aurait pu être théoriquement optimisée. Les pertes de chaleur dépendent de la longueur de la boucle. Heureusement, les tuyaux sont bien isolés et les pertes visibles en hiver lorsqu’il y a de la neige sur le sol ne sont pas trop importantes. Ce sont des contraintes administratives (propriétés traversées) et techniques (configuration de la voirie et de son infrastructure) qui ont dicté le tracé des conduites.
Le comptage d’énergie fournie est bien effectué chez les clients, mais pas dans les bâtiments communaux. L’énergie totale fournie n’est donc pas mesurée. Le rendement de l’installation et la répartition des pertes sont ainsi impossibles à déterminer jusqu’à présent.
Lorsque les clients extérieurs sont en demande importante en hiver, les bâtiments communaux sont mal chauffés. L’équilibrage des boucles et les débits des circulateurs doivent être réétudiés pour déterminer les modifications nécessaires.
Un client important, un hôtel, n’est plus approvisionné en chaleur. La puissance du réseau est depuis sous-employée. La commune a l’intention d’étendre le réseau et d’y raccorder d’autres clients.
La fourniture de chaleur pour la production d’eau chaude sanitaire (ECS) chez les clients oblige la boucle de distribution à fonctionner toute l’année, y compris en été. Il est envisagé de trouver un autre moyen pour produire l’ECS directement sur les lieux de consommation.
La qualité des plaquettes a un impact important sur le bon fonctionnement de l’installation. Les fournisseurs doivent en garantir un niveau suffisant. Ils n’en sont pas toujours conscients.
Forme des plaquettes : des plaquettes de forme anormale, des branches par exemple, se coincent parfois dans les systèmes d’acheminement vers la chaudière. Elles peuvent provoquer des obstructions ou se coincer devant des détecteurs optiques. Dans ce dernier cas, les informations transmises au système sont fausses et provoquent des pannes, des défauts d’approvisionnement et des mises en sécurité de la chaudière. Lorsqu’il y a obstruction, les plaquettes se compactent par écrasement et provoquent aux raccords entre les transporteurs des bouchons très durs, difficiles à enlever. Lorsque cela arrive, c’est la chaudière au mazout qui prend le relais. Il en résulte une consommation plus importante de combustible fossile en lieu et place du bois. L’adaptation des systèmes de détection par le responsable technique de l’installation a déjà apporté de nombreuses améliorations.
Propreté des plaquettes : la présence de poussière dans le produit due aux aléas de sa fabrication provoque dans la chaudière l’apparition de mâchefers lors de la combustion. La quantité produite est très importante et nécessite un nettoyage journalier. Ce travail est difficile, car les mâchefers s’accrochent aux parois. Leur enlèvement nécessite d’arrêter la chaudière pour la laisser redescendre en température.
Corps étrangers : des pierres, des morceaux de béton ou des barres métalliques sont parfois présents dans les plaquettes fournies. Lorsqu’ils pénètrent dans le système de transport, ils provoquent des dégâts importants (blocages, déformations et bris).
Un site comprenant un hangar de séchage, une aire de manœuvre (broyage) et une zone de stockage de bois vont être créés en partenariat avec les communes de Wellin et Paliseul, de manière à ce que les trois communes produisent elles-mêmes leur combustible. La qualité de celui-ci sera dès lors mieux contrôlée et le fonctionnement du système sera amélioré.
Le silo de stockage des plaquettes, bien que son volume total soit de 120 m³, ne peut contenir que 60 m³ au lieu des 90 m³ utiles théoriques. Les plaquettes déversées forment un tas qui ne s’étale pas complètement dans le volume disponible. La pente de talus provoquée par les caractéristiques des plaquettes est très importante. Cela nécessite des approvisionnements plus fréquents que prévu. Un silo permettant un accès aux camions à plusieurs endroits aurait été plus facile à remplir. Le silo réalisé en fonction de la configuration locale est cependant facile d’accès depuis la rue pour les camions à benne basculante. Le versage est rapide. La chaufferie située un étage plus bas que la voirie ne nécessite quasiment pas de relevage du combustible.
Facilitateur Bois-Énergie pour le secteur public et coordinateur du plan PBE&DR, Francis Flahaux de la Fondation Rurale de Wallonie (FRW), e-mail : pbe@frw.be
Vue de l’hôpital Saint-Martin à Dave : première photographie représente le bâtiment qui est alimenté par la chaufferie au bois, deuxième photographie est une vue champêtre, bucolique de la vallée de la Meuse prise de l’hôpital.
Introduction
En 2005, la direction de l’hôpital neuro-psychiatrique Saint-Martin à Dave, près de Namur, a décidé de mettre en œuvre un plan majeur pour réduire la consommation énergétique de leur établissement ainsi que pour réduire la facture et l’empreinte environnementale associée. En effet, avant cette phase d’amélioration, l’institution consommait approximativement 1 200 000 litres de mazout par an pour réaliser le chauffage des locaux et la production d’eau chaude sanitaire (ECS). On imagine la charge que représentait ce poste de chauffage pour l’institution.
Dans une démarche globale, de bonnes performances énergétiques sont obtenues premièrement en réduisant les besoins finaux du bâtiment et deuxièmement en produisant la chaleur restante avec des systèmes de production efficaces. En outre, si ces derniers sont basés sur des énergies renouvelables, la réduction de l’impact environnemental peut être très conséquente.
De manière consistante, l’institution a d’abord entrepris une démarche de réduction des besoins de chaleur par une démarche globale d’utilisation rationnelle de l’énergie (URE). Ils ont travaillé au niveau des performances de l’enveloppe en plaçant des doubles vitrages, au niveau de la régulation des systèmes de chauffage en plaçant des vannes thermostatiques sur les émetteurs et en réalisant des régimes de coupure ou ralentis (suivant les cycles jour/nuit, semaine/week-end). Toute politique véritablement efficace s’accompagne d’un changement de comportement des utilisateurs. Parallèlement, des démarches de sensibilisation ont dès lors été réalisées au niveau du personnel et des patients.
Il restait ensuite à produire le besoin résiduel de manière efficace. La direction de l’établissement a décidé de produire une partie de la chaleur au moyen d’une chaudière automatique à plaquettes. Celle-ci remplace trois chaudières au mazout qui réalisaient le chauffage de 9 000 m² de locaux.
Cette étude de cas est une version étendue des fiches produites par le facilitateur bois-énergie orienté secteur public pour le compte de la Région wallonne. Cette fonction de facilitateur est réalisée par la Fondation Rurale de Wallonie (FRW) dans la personne de Francis Flahaux. Cette fiche technique est disponible via le site internet de la FRW (http://www.frw.be/). En outre, le projet de l’institution de Dave s’intègre dans le Plan Bois-Énergie et Développement Rural (PBE&DR – https://www.frw.be/pbe.html) pour la Wallonie.
Description de l’installation de chauffage au bois
La chaudière à plaquette KÖB Pyrtec a une puissance nominale de 950 kW et remplace trois chaudières au mazout pour le chauffage de 9 000 m² de locaux. Elle couvre un besoin final d’approximativement 2 700 000 kWh/an. Comme la chaudière a une plage de modulation de puissance de 285 à 950 kW, elle réalise directement le chauffage des locaux sur une grande partie de l’année. Une chaudière de sauvegarde au mazout de 1 100 kW a été installée.
La consommation de la chaudière à plaquettes représente un volume annuel de 2 800 mètres cubes apparents (map). Il s’agit de plaquettes de granulométrie de 30 mm et d’un taux d’humidité de 30 % (c’est-à-dire G30/W30). Par grand froid, en faisant l’hypothèse que la chaudière fonctionne à puissance nominale de manière continue, celle-ci consommerait 950 kW*24 h/jour, soit 22 800 kWh/jour. Si on prend comme base un PCI de 1 000 kWh/map, la chaudière peut ingérer 22.8 map de bois par jour dans les conditions climatiques extrêmes. Afin de garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont opté pour un silo de 180 m³. Pour un tel volume, un bâtiment spécifique a été érigé. Il est constitué du silo à plaquettes placé à côté d’une nouvelle chaufferie.
Photographies du nouveau bâtiment constitué de la chaufferie (partie en bardage clair avec la cheminée) et du silo de stockage des plaquettes (partie en bardage foncé). La dernière figure est une vue à l’intérieur du silo prise à partir de la chaufferie.
Le silo à plaquettes
Le silo à plaquettes à un volume de 180 m³. Il est implanté en contrebas d’un talus important ce qui permet de pouvoir l’alimenter par un camion sans devoir créer une rampe par terrassement. Les plaquettes sont versées par des trappes aménagées dans le toit du silo.
Illustration de la topologie du terrain qui permet d’alimenter directement le silo en plaquettes de bois.
Au fond du silo, on trouve le dispositif d’extraction des plaquettes, il s’agit d’un racleur hydraulique aussi appelé planché à tiroir. Ce dispositif amène les plaquettes au niveau du sol entre le silo et la chaufferie où elles seront alors transportées via un système de vis sans fin et de retour d’angle vers la chaudière.
Vue du bas du plancher tiroir où les plaquettes sont extraites et acheminées via une vis sans fin et retour d’angle vers la chaudière.
La chaudière à plaquettes
On peut maintenant passer à la description de la chaudière proprement dite. Celle-ci occupe la plus grande partie de la chaufferie.
Chaudière KÖB Pyrtec au sein de la chaufferie et son schéma de principe à droite.
Dans le schéma de principe ci-dessus, on repère l’alimentation par une vis sans fin (qui se trouve du côté gauche de la chaudière dans le cas de l’hôpital de Dave). On distingue le principe de combustion sur grille mobile où le bois est attaqué par l’air primaire de combustion. À la fin de la combustion, les cendres sont poussées en bout de course vers le cendrier. Après la phase primaire de combustion, les gaz riches cheminent vers l’échangeur où ils sont attaqués par l’air secondaire de combustion avant de rentrer dans celui-ci. Sur la face avant de la chaudière, on repère le système pneumatique qui permet racler les échangeurs pour les maintenir propres.
La première photographie représente l’ouverture sur le foyer maintenu en dépression par le ventilateur d’extraction de la chaudière. La deuxième photographie est un zoom sur la combustion sur la grille.
L’alimentation de la chaudière
La chaudière est alimentée en bas à gauche par une vis sans fin. À l’admission de celle-ci, on trouve la fin du dispositif de transport composé d’une vis sans fin avec retour d’angle. Intercalé entre les deux, on place un dispositif coupe-feu afin d’éviter que celui-ci ne propage en cas d’accident entre la chaudière et le silo.
Alimentation de la chaudière : en bas, la vis d’alimentation et haut, la vis de transport provenant du silo.
Le cendrier
Le volume de cendre généré est loin d’être négligeable comme on peut s’en convaincre par la taille du cendrier.
Vue sur le cendrier principal et de sa connexion avec la chaudière.
Analyse économique
Le cas de l’installation au bois de l’hôpital de Dave est un cas typique qui permet d’illustrer les grands enjeux de la conception d’une installation au bois. Ceux-ci ont été énoncés dans la section de choix du combustible.
Le vecteur énergétique est la plaquette de bois. Nous l’avons dit, la consommation correspond à 2 800 map/an. Pour garantir une certaine autonomie, les concepteurs ont choisi de bâtir un silo de 180 m³. Afin de trouver un tel volume et de pouvoir placer la chaudière proche du stockage, un nouveau bâtiment a été spécialement créé.
Cela modifie radicalement la clef de répartition des coûts. Pour un investissement total TVAC de 360 000 €, le gros œuvre représente 240 000 € pour 100 000 € pour la chaudière et ses périphériques. Même si au départ, les chaudières au bois sont plus chères que leurs homologues mazout ou gaz naturel, le gros œuvre fait croître considérablement les coûts. Citons que le coût des études et de la coordination s’élève à 20 000 €.
Comment rentabiliser un tel surinvestissement par rapport à une chaudière fuel ? Par kWh, les plaquettes sont significativement moins chères que le fioul. Si on prend un prix du mazout à 5.3 c€/kWh et un prix de 2.3 c€/kWh pour les plaquettes en janvier 2010, on obtient une différence de 3 c€/kWh. En supposant que la chaudière au bois a un rendement équivalent à une chaudière au mazout standard, on retrouve cette différence de 3 c€ au niveau de la facture. La chaudière consomme 2 800 map/an soit approximativement 2 400 000-2 800 000 kWh/an. Par conséquent, si le prix des énergies reste identique, chaque année la consommation de plaquettes à la place de mazout permet d’économiser 72 000 €. On estime le temps de retour simple sur l’investissement proche de 5 ans. Sur base des calculs réalisés par le facilitateur, celui-ci estime le temps de retour simple à 7,8 ans. Au regard de la durée d’utilisation d’un tel matériel qui avoisine les 20 ans, le rentabilité économique du projet semble clairement prouvée.
Performances environnementales
Si on considère les émissions de gaz nocifs émis par la combustion, on voit que la chaudière au bois permet de réduire significativement l’empreinte environnementale. Il faut du moins que la forêt de laquelle sont extraites les plaquettes soit gérée de manière durable.
Si on considère le cycle complet du combustible, c’est-à-dire en intégrant les processus énergivores de l’extraction, du conditionnement et du transport, on peut prendre une émission de 327 grammes d’équivalent CO2 émis par kWh pour la fioul et de 25 grammes par kWh pour les plaquettes. Si on intègre le cycle de vie complet, l’impact du bois-énergie sur l’émission de gaz à effet de serre n’est pas nul, mais il est de loin inférieur par rapport aux énergies fossiles. Dans le cas du mazout, la différence est estimée à 302 grammes de CO2 par kWh. Si on reprend la consommation annuelle de la chaudière de 2 400 000-2 800 000 kWh, les plaquettes permettent de réduire l’émission de 724-845 tonnes d’équivalents CO2 par an ! Le facilitateur estime quant à lui, cette réduction à 583 tonnes par an. En termes de production de SO2, cette réduction serait de 1 120 kg/an.
La combustion du bois peut-être source de particules fines particulièrement nocives pour la santé. Dans le cas de l’installation de l’hôpital Saint-Martin de Dave, la chaudière est munie d’un dispositif de filtrage des fumées de combustion afin que celles-ci ne soient rejetées dans l’atmosphère.
Cyclone de décendrage des fumées avec un cendrier en contrebas.
Facilitateur Bois-Énergie pour le secteur public et coordinateur du plan PBE&DR, Francis Flahaux de la Fondation Rurale de Wallonie (FRW), e-mail : pbe@frw.be
Le Queen’s Building est un bâtiment de la faculté d’ingénieur de l’université de Montfort regroupant auditoires, salles de cours, bureaux, laboratoires et ateliers. Les gestionnaires du bâtiment l’ont voulu faible consommateur d’énergie. Il a donc été conçu pour :
limiter la consommation due à l‘éclairage artificiel : L’enveloppe du bâtiment est pensée pour apporter un maximum d’éclairage naturel à tous les locaux, soit directement par des fenêtres en façade et en toiture, soit indirectement par des fenêtres intérieures donnant sur l’atrium central.
Une étude complète de l’éclairage artificiel a été réalisée afin de limiter la puissance installée au minimum nécessaire.
Éliminer les consommations de refroidissement et de ventilation.
Les apports calorifiques d’été sont limités par la protection de certaines ouvertures extérieures.
Une ventilation naturelle est organisée dans tout le bâtiment : l’air est introduit par les fenêtres et extrait, selon les locaux, par des fenêtres (en façade ou en toiture), ou par des cheminées. Dans un souci de simplicité, les équipements accessibles sont commandés manuellement. La ventilation est exclusivement diurne pour l’ensemble des locaux à l’exception des auditoires dans lesquels une ventilation nocturne est également organisée. L’inertie thermique du bâtiment combinée à cette ventilation permet de réduire la température de pointe en été.
Ces moyens ont réellement permis de limiter la consommation annuelle moyenne à 145 kWh/m², ce qui est un très bon résultat pour ce type de bâtiment en Angleterre.
Description
Le Queen’s Building regroupe différents locaux de la faculté d’ingénieur de l’université de Monfort : 2 auditoires, des salles de cour, des salles de séminaires, des bureaux, des laboratoires et des ateliers. Il est situé à Leicester, dans un site urbain, et fut mis en service au début du mois de décembre 1993. D’une surface totale de 10 000 m², il est susceptible d’accueillir simultanément 1 000 occupants, tandis que le nombre total d’utilisateurs se chiffre à environ 2 000 (étudiants et personnel).
Plan du premier niveau :
1. ateliers d’électricité 2. salles de cours 3. atrium
4. auditoires 5. laboratoire de mécanique.
Principes de conception
La conception du bâtiment repose sur :
une étude approfondie de l’éclairage, naturel et artificiel;
la ventilation du bâtiment de façon naturelle.
Éclairage
Éclairage naturel
Un maximum d’éclairage naturel est apporté à tous les locaux, afin de :
limiter la consommation directe d’éclairage artificiel,
de limiter les charges internes en été.
La forme complexe du bâtiment résulte de cette contrainte. En effet, contrairement à ce qui se fait couramment pour ce genre de bâtiment (bâtiment compact de forme simple, avec laboratoires aveugles au centre et bureaux éclairés naturellement en périphérie), les locaux s’articulent les uns aux autres pour aller chercher de la lumière, par les façades ou par la toiture.
Formes architecturales (puits de lumière, articulation des locaux)
pour capter un maximum de lumière naturelle.
En plus de ces apports de lumière directe, de nombreux locaux bénéficient d’un apport de lumière indirecte, par des fenêtres intérieures, donnant sur un hall de distribution central. Ce hall, sorte d’atrium, est fortement éclairé, notamment par la toiture.
Apport de lumière dans le hall central, sorte d’atrium.
Dans le hall, les circulations sont organisées à l’aide d’escaliers et de passerelles métalliques avec planchers de verre, afin de laisser passer un maximum de lumière vers les niveaux inférieurs.
Passerelles métalliques avec plancher de verre dans le hall central.
Des fenêtres intérieures transmettent la lumière de l’atrium vers les locaux périphériques.
Fenêtres intérieures dans l’atrium.
Exemple de laboratoire éclairé en partie naturellement :
fenêtres intérieures transmettant la lumière de l’atrium, et fenêtres extérieures
Éclairage artificiel
Une étude complète de l’éclairage artificiel a été réalisée afin de limiter la puissance installée au minimum nécessaire. De nombreux luminaires (ateliers, atrium) fonctionnent avec des lampes industrielles à basse consommation.
Une gestion de l’éclairage par détection de présence avait été installée mais elle a été abandonnée suite à son fonctionnement « capricieux » : le matériel choisi n’était malheureusement pas de bonne qualité.
Ventilation naturelle
La ventilation du bâtiment est entièrement naturelle. L’air est :
introduit par les fenêtres ou par des grilles,
extrait par des fenêtres de façade ou de toiture, ou des grilles en tête de cheminée.
Les gestionnaires du bâtiment ont opté pour des équipements simples, avec aussi peu de maintenance que possible. Les fenêtres accessibles sont donc manipulées manuellement, tandis que seules les fenêtres non accessibles sont commandées automatiquement.
Ouverture des fenêtres manuelle et automatique.
La ventilation est exclusivement diurne (à l’exception des auditoires), pour deux raisons :
les fenêtres ne sont pas protégées par des grilles, ce qui poserait des problèmes de sécurité si elles étaient laissées ouvertes toute la nuit.
l’organisation d’une ventilation de nuit avec un système qui n’est pas totalement automatisé demande une participation des occupants difficile à imposer dans ce cas : les occupants sont très nombreux, et la population des étudiants change souvent.
Les différents types de ventilation naturelle possibles sont représentés dans le bâtiment :
Ventilation avec effet de cheminée : l’air réchauffé monte naturellement vers la sortie de la cheminée ou vers l’ouverture de toiture. Pour les cheminées, l’air extérieur passant dans la toiture de la cheminée renforce l’effet de tirage.
Ventilation transversale entre façades opposées, par exemple dans les deux ailes formant la cour d’entrée.
Ventilation unilatérale d’un local individuellement par une seule fenêtre verticale (l’air frais entre dans la partie basse de la fenêtre, se réchauffe à l’intérieur du local et ressort en partie haute).
Le bâtiment est compartimenté pour que les flux d’air soient canalisés autant que possible. Ce compartimentage a également un rôle au niveau acoustique en limitant la transmission de bruit et au niveau de la prévention incendie.
Refroidissement et chauffage
Refroidissement
Il n’y a pas de refroidissement mécanique dans le bâtiment.
Le pouvoir rafraichissant de l’air extérieur est exploité pour réduire la température de pointe en été : le bâtiment présente une importante inertie thermique, réalisée par de grandes surfaces de maçonnerie apparente, et une ventilation naturelle diurne est organisée.
Pour permettre ce fonctionnement, les apports solaires d’été sont limités par la protection de certaines baies.
stores extérieurs fixes (toiture de l’atrium notamment).
Pour chaque baie, la protection a été choisie après comparaison des apports favorables d’hiver avec les apports indésirables de l’été.
Avancées de toiture.
Reliefs de façade.
Cour d’entrée ombragée naturellement :
elle constitue un réservoir d’air frais (- 2°C qu’ailleurs en été).
Remarque concernant l’encombrement :
Un système de conditionnement d’air peut prendre jusqu’à environ 20 % de l’espace d’un bâtiment (locaux techniques, réseau de ventilation,…). Ici, cet espace a été consacré à 12 cheminées de ventilation. Afin de limiter l’encombrement de ces cheminées, elles reposent sur des piliers, ce qui permet de libérer l’espace du rez-de-chaussée.
Support des cheminées des auditoires sur colonnes,
exploitation de l’espace sous les gradins.
Chauffage
Les équipements et l’occupation représentent une partie importante du chauffage des locaux, ainsi que les apports solaires par les vitrages, notamment en toiture. Certaines fenêtres ne sont d’ailleurs pas protégées pour bénéficier de ces apports gratuits, au détriment de la limitation des charges d’été (bilan comparatif réalisé entre apports d’hiver et d’été).
L’installation de chauffage regroupe un système de cogénération (gaz – 38 kW électrique et 70 kW chauffage), une chaudière à condensation et deux chaudières conventionnelles. La gestion de la fourniture de chaleur se fait en fonction des conditions de fonctionnement du bâtiment. La cogénération est choisie si la majorité de la production d’électricité et de chaleur est utilisée dans le bâtiment, et si, à ce moment, cela coûte moins cher que d’acheter l’électricité.
Fonctionnement
Atrium
Outre son utilité au niveau de l’éclairage, le hall central sert également de zone de transfert pour l’apport d’air frais dans certains locaux.
Par exemple, la salle informatique (destinée lors de la conception à être une salle de dessin) est ventilée de cette manière.
Entrée de l’air dans l’atrium et transfert vers la salle informatique.
Extraction par la toiture de la salle.
Auditoire
Les 2 auditoires de 150 places chacun sont ventilés naturellement. Ils sont gérés automatiquement par un système informatique (GTC : gestion technique centralisée).
L’air extérieur est introduit dans le local via un absorbant acoustique et une batterie de préchauffe. Une partie est distribuée directement au niveau de l’orateur, l’autre partie est répartie sous les gradins et introduite dans l’auditoire par des grilles au niveau des pieds des auditeurs.
Il est extrait via deux cheminées de 13.5 m. Un ventilateur est prévu dans chaque cheminée pour aider la ventilation naturelle, mais aucun n’a jamais été utilisé à ce jour.
Grille d’amenée d’air avec absorbant acoustique et batterie de préchauffe.
Grille d’amenée d’air avec absorbant acoustique et batterie de préchauffe.
La gestion automatique règle le débit de ventilation naturelle et le débit d’eau chaude dans les batteries de préchauffe en fonction des mesures relevées continuellement par 7 capteurs (5 mesureurs de température et 2 sondes CO2).
En hiver, les auditoires sont maintenus à 20°C pendant les heures d’occupation et à 16°C le reste du temps.
En été, une ventilation nocturne est organisée afin de décharger le local des apports de chaleur de la journée et limiter la température de pointe pendant l’occupation.
Enfin, une attention particulière est portée sur la qualité : la ventilation pendant l’occupation est réglée de l’air
pour limiter la concentration de CO2 à 600 ppm.
Les charges internes maximales du local sont les suivantes :
occupation 8 heures par jour,
5 jours par semaine,
100 W par occupant,
150 personnes,
15 W/m² pour l’éclairage
500 W pour l’équipement
Soit des gains internes de 18.3 kW, ou 80 W/m².
Pour assurer en même temps le confort acoustique et thermique, un compromis a dû être trouvé entre les surfaces absorbantes acoustiques, et les surfaces destinées au stockage thermique.
Les briques apparentes de la partie supérieure du mur assurent l’inertie thermique. La partie inférieure du mur est recouverte d’absorbant acoustique.
Les auditoires fonctionnent bien globalement. On constate néanmoins dans celui où l’orateur se trouve côté extérieur (et non du côté de l’atrium) des problèmes de courants d’air au premier rang de l’auditoire, et quelques problèmes de bruit provenant de la rue.
Laboratoire de mécanique
Laboratoire de mécanique.
Les activités du laboratoire peuvent être assez bruyantes. Les concepteurs ont donc pris des précautions acoustiques au niveau de l’introduction de l’air dans le local, pour éviter des nuisances aux bâtiments voisins.
L’air passe dans les contreforts verticaux en maçonnerie ajourée remplis d’absorbant acoustique avant d’être introduit dans le local.
Contreforts délimitant des espaces tampons acoustiques sur le passage de l’air entre l’extérieur et l’intérieur.
La gestion du débit d’air introduit se fait par ouverture manuelle de panneaux en bois.
Remarque : certains utilisateurs ont placé des meubles devant ces ouvertures, ce qui rend la ventilation partiellement non utilisable.
L’air est extrait par les fenêtres de la toiture, commandées par GTC.
Gestion du débit d’air introduit par des panneaux mobiles en bois.
Extraction de l’air par les fenêtres de la toiture.
Les charges internes du local (personnes + équipements) sont évaluées à 100 W/m². Les apports solaires d’été en façade sont limités par le prolongement de la toiture.
Le local est chauffé par des panneaux rayonnants suspendus à la toiture.
Laboratoires d’électricité
Les laboratoires d’électricité sont installés dans les locaux étroits des deux « ailes » entourant la cour d’entrée. Les locaux sont longs et étroits,ce qui permet un bon éclairage naturel réparti uniformément, et une ventilation transversale.
Laboratoire d’électricité.
Les fenêtres hautes et basses sont dimensionnées pour pouvoir éliminer les apports internes par ventilation : ordinateurs, autres appareils fonctionnant généralement en continu, et l’occupation, soit environ 85 W/m². En été, la cour d’entrée ombragée constitue un réservoir d’air frais qui aide au refroidissement efficace des locaux.
Cour d’entrée : fenêtres donnant sur les laboratoires d’électricité.
La lumière naturelle est en partie contrôlée par des « étagères à lumière » (light shelves) qui protègent les occupants de l’éclairage direct et réfléchissent la lumière vers le plafond afin de fournir au local un éclairage diffus.
« Étagère à lumière » dans un laboratoire d’électricité.
Le confort thermique des laboratoires semble satisfaisant. On note néanmoins, par moments, quelques problèmes de courants d’air…
Le fonctionnement devrait donc être mieux expliqué aux occupants pour leur permettre d’utiliser le système correctement.
Classes
Certaines classes sont ventilées par ventilation unilatérale, d’autres par effet de cheminée. Dans le premier cas, l’air est introduit par les fenêtres basses et extrait, après s’être réchauffé dans le local, par des fenêtres ou une grille de ventilation haute.
Dans le second cas, l’air est introduit par les fenêtres et extrait par une cheminée.
Classe ventilée par effet de cheminée.
Celle-ci se trouve derrière la grille ajourée de la photo de droite.
Bureaux
Les bureaux paysagers sont ventilés par effet de cheminée : l’air rentre par les fenêtres murales, et est extrait par la toiture.
Lors de la conception, la hauteur des meubles de séparation entre bureaux avait été définie pour que la ventilation soit efficace et confortable. À l’utilisation, les occupants ont désiré des séparations plus hautes, et même des cloisons délimitant des bureaux individuels : le service n’est pas adapté à un fonctionnement en bureau paysager (entretiens avec des étudiants qui demandent de l’intimité). Ces adaptations perturbent donc la ventilation, et le confort dans les locaux n’est pas atteint.
Bureau paysager : le meuble blanc de gauche a la hauteur idéale étudiée à la conception, les cloisons rouges ont été ajoutées par après.
Les caisses montrent la volonté des utilisateurs de créer des zones plus intimes.
Sécurité
Sécurité incendie
Le bâtiment est séparé en de nombreux compartiments, la plupart renfermant un seul local. Chacun a son ou ses issues de secours individuelle(s).
Issues de secours extérieures et intérieures.
Sécurité
C’est justement ce nombre important d’issues de secours qui pose certains problèmes d’intrusions. Ceux-ci ne viennent donc pas directement du système de ventilation.
Performance
Confort thermique
Le confort thermique semble atteint en été comme en hiver dans les divers locaux, à l’exception des bureaux paysagers cloisonnés dans lesquels la ventilation n’est pas efficace.
Consommation
La consommation annuelle moyenne actuelle est de 145 kWh/m², répartis comme suit :
100 kWh/m2/an en chauffage : bonne valeur comparée à d’autres bâtiments du même type, et ce grâce aux apports solaires gratuits.
45 kWh/m2/an en électricité : très bon niveau (un bon niveau en Angleterre est de 90 kWh/m²/an pour ce type de bâtiment) grâce à l’absence totale de climatisation, et à l’éclairage naturel qui limite l’éclairage artificiel.
(Il est possible de comparer ceci avec les consommations énergétiques moyennes rencontrées chez nous dans les écoles ou dans les bureaux).
Le budget d’investissement était de 845 £/m² soit environ 1318,2 €/m² au taux de 2002 (1,56 €/£).
Architectes : Short Ford & Associates
Ingénieurs stabilité : YRM Anthony Hunt
Ingénieurs techniques spéciales : Max Fordham Associates
Le centre administratif de Powergen (compagnie de production d’électricité en Angleterre) se situe à Westwood, dans un site suburbain à proximité de Coventry. Il regroupe principalement des bureaux paysagers, sur trois niveaux, autour d’un atrium, ainsi que des salles de réunion et de conférence, une cafétéria et des locaux techniques.
Dans les bureaux paysagers, une ventilation naturelle (donc gratuite) de jour et/ou de nuit est organisée pour limiter la température intérieure en été et en mi-saison.
L’air entre par les fenêtres supérieures des bureaux, et est extrait par les fenêtres hautes de l’atrium. L’ouverture et la fermeture de ces fenêtres sont commandées automatiquement en fonction des conditions extérieures et intérieures.
En mi-saison, le refroidissement des locaux se fait par ventilation diurne, l’air extérieur étant plus frais que l’air intérieur.
En été, le refroidissement des locaux se fait principalement par ventilation nocturne. Les dalles de plafond en béton sont refroidies pendant la nuit par l’air frais extérieur. En journée, ces dalles agissent comme des « radiateurs de froid ».
Pour que le refroidissement par ventilation soit efficace, il a fallu réduire les apports du bâtiment.
Limitation de l’éclairage artificiel :
L’apport de lumière naturelle de l’atrium permet de limiter le besoin en éclairage artificiel.
Les luminaires installés ont un très bon rendement et sont groupés, par plateau, en fonction de l’éclairage naturel disponible.
Une gestion automatique de l’éclairage artificiel permet d’éviter les gaspillages.
Les équipements informatiques les plus importants (serveurs, imprimantes laser, etc.), ainsi que les photocopieuses, sont regroupés dans des locaux séparés, refroidis séparément.
Les apports solaires sont limités grâce à des pare-soleil fixes sur la façade sud et des stores extérieurs sur les façades du volume vitré et sur les vitrages inclinés de l’atrium.
D’autres équipements URE sont prévus sur le reste des équipements. Par exemple :
En hiver, une ventilation mécanique complémentaire assure l’apport d’air hygiénique et le chauffage des bureaux paysagers. L’air est pulsé par des bouches de sol intégrées dans les faux-planchers, et extrait par 4 grandes bouches dans la partie supérieure de l’atrium. L’air extrait est récupéré jusqu’à concurrence de 90 % pour limiter la consommation d’énergie de chauffage.
Tout au long de l’année, les locaux à fortes charges internes (cuisine de la cafétéria, locaux avec ordinateurs, photocopieuses, etc.) sont refroidis mécaniquement. Tant qu’elle peut être utile dans le bâtiment, la chaleur dispersée au condenseur de la machine frigorifique est récupérée pour le préchauffage de l’air ou le chauffage de certains locaux.
Résultats
La ventilation naturelle permet de maintenir la température intérieure 3°C en dessous de la température extérieure et la consommation du bâtiment est inférieure de 20 % par rapport à celle du bâtiment voisin, de même type et équipé d’air conditionné.
Description
Powergen est une compagnie de production d’électricité en Angleterre. Son centre administratif se situe à Westwood, dans un site suburbain à proximité de Coventry.
Construit en 1994, le bâtiment est rectangulaire, étroit, orienté nord-sud, et a une surface brute totale de 13 600 m² sur 3 niveaux (12 700 m² net), pour une occupation d’environ 600 personnes. Dans le volume principal, chaque niveau réunit deux plateaux de 12 m de profondeur de chaque côté d’un grand atrium, chaque plateau étant divisé en 2 zones de bureaux paysagers. À l’est, un volume vitré regroupe le hall d’entrée, la salle de conférence et la cafétéria. À l’ouest sont concentrés les locaux techniques et informatiques.
Refroidissement par ventilation naturelle
La particularité de ce bâtiment réside dans le mode de refroidissement des bureaux paysagers, par ventilation naturelle, diurne en mi-saison et nocturne en été. La ventilation est organisée grâce à des fenêtres commandées automatiquement et permet de limiter la température intérieure grâce à l’inertie du bâtiment.
Principe de fonctionnement
Ventilation naturelle.
Le principe de ventilation combine la ventilation transversale, d’une façade à l’autre (à partir d’une vitesse de vent de 2.5 à 3 m/s), et la ventilation par effet de cheminée utilisant l’atrium.
L’air est introduit par les fenêtres des bureaux. Celles-ci sont divisées horizontalement en trois parties : les fenêtres des deux rangées inférieures sont commandées manuellement pour une ventilation locale au niveau des occupants, et les fenêtres de la rangée supérieure sont commandées automatiquement pour la ventilation globale de jour ou de nuit.
L’air est extrait par les fenêtres hautes de l’atrium, autour de la coursive du quatrième niveau qui sont également commandées automatiquement.
Fenêtre des bureaux :
les grandes fenêtres des rangées inférieures sont ouvertes manuellement,
les petites fenêtres de la rangée supérieure sont commandées par la GTC
Au 4 ème niveau, fenêtres hautes d’extraction, commandées par la GTC.
Une gestion technique centralisée (GTC) commande l’ouverture et la fermeture de ces fenêtres en fonction des températures extérieures et intérieures, ainsi que de la vitesse du vent et de la nébulosité. Elle intervient également dans la gestion de l’éclairage, du chauffage et du refroidissement, ainsi que dans la gestion des stores extérieurs.
Enfin, les dalles de plafond en béton, apparentes et de forme particulière, permettent un refroidissement efficace et confortable par ventilation.
L’absence de faux plafond permet l’accessibilité de la masse thermique aux charges internes. Elles fournissent donc une certaine inertie thermique au bâtiment. Celle-ci est particulièrement importante pour le refroidissement en été par ventilation nocturne : les charges internes de la journée sont stockées dans la dalle et évacuées la nuit par l’air frais extérieur de ventilation. La journée suivante, la dalle rafraîchie agit comme un « radiateur de froid ».
Les dalles présentent des creux de section elliptique qui guident l’air perpendiculairement aux façades et permettent d’éviter les courants d’air froid au niveau des occupants en ventilation diurne. Ces creux reçoivent un élément technique suspendu regroupant les équipements de plafond : luminaires, capteurs d’éclairement, détecteurs et alarmes incendie, sprinklers, et un absorbant acoustique.
Dalle de plafond.
Régulation de la ventilation
Ventilation nocturne
L’ouverture de toutes les fenêtres supérieures des bureaux et des fenêtres verticales de l’atrium (« 4 ème niveau ») est commandée par la GTC lorsque les conditions suivantes sont réunies :
la température moyenne des bureaux à la fin de la journée dépasse 23°C,
la température extérieure maximale de la journée dépasse 21°C,
le système de chauffage est coupé.
Les fenêtres sont refermées, zone par zone, dès que la température des bureaux de la zone est redescendue à 18°C ou est inférieure ou égale à la température extérieure.
Certaines fenêtres sont également refermées en cas de pluie ou en fonction de la vitesse du vent :
En cas de pluie, les fenêtres de la façade face au vent sont fermées.
Si la vitesse du vent dépasse 5 m/s, les fenêtres sur la façade au vent sont progressivement refermées pour être complètement fermées quand la vitesse du vent atteint 15 m/s; au-dessus de 20 m/s, les fenêtres de l’autre façade sont également refermées.
Ventilation diurne
Quand le chauffage fonctionne, les fenêtres de bureau de la rangée supérieure sont fermées. Les occupants ont néanmoins la liberté d’ouvrir manuellement les fenêtres des deux rangées inférieures.
Quand le chauffage ne fonctionne pas, et que la température d’une zone dépasse 23°C, les fenêtres hautes de cette zone sont ouvertes automatiquement ainsi que les fenêtres de l’atrium qui leur font face. Les fenêtres sont refermées si la température extérieure est supérieure à la température intérieure et si la vitesse du vent est trop importante (2.5 m/s pour la façade au vent et 5 m/s pour l’autre)
Mesures prises pour limiter les charges internes
Pour que le refroidissement par ventilation garantisse un confort correct dans le bâtiment, les charges internes ont dû être limitées.
Apports internes
Éclairage
L’apport de lumière naturelle de l’atrium permet de limiter le besoin en éclairage artificiel.
Les luminaires suspendus sont conçus de façon à maximaliser le rendement de l’éclairage : 95 % de la lumière est dirigée vers le bas, et seulement 5 % vers le haut; ces 5 % sont récupérés par le local sous forme de lumière diffuse par réverbération dans les creux elliptiques de la dalle. Ils comportent chacun un tube fluorescent de 36 W (T8) et des lampes fluorescentes compactes biaxiales (2L) avec ballast électronique haute fréquence.
Pour augmenter la souplesse de gestion de l’éclairage, les luminaires sont groupés, par plateau, de chaque côté de l’atrium, en trois zones longitudinales :
extérieure, près des façades vitrées,
centrale, au milieu du plateau de bureau,
intérieure, côté atrium.
On peut donc par exemple éteindre les luminaires près de la fenêtre où l’éclairage naturel suffit et les allumer plus en profondeur dans le bâtiment.
Luminaires intégrés dans les équipements suspendus.
Une gestion centralisée de l’éclairage artificiel en fonction des horaires élimine les gaspillages en dehors des heures d’occupation. De plus, l’éclairage est régulièrement éteint suivant les indications des détecteurs de présence. Enfin, certaines zones sont gérées en fonction de l’éclairage naturel disponible : bureaux proches des fenêtres extérieures, atrium, parkings et jardins. La possibilité de régler le niveau d’éclairement est néanmoins laissée aux occupants. L’économie réellement réalisée sur l’éclairage n’est donc pas aussi importante qu’elle ne pourrait l’être théoriquement.
Dans les salles de réunion, la commande de l’éclairage est manuelle.
À l’encontre de ces mesures, des arbres à l’intérieur de l’atrium sont éclairés par éclairage artificiel en dehors des heures de bureau (de 0h00 à 6h00) car ils ne reçoivent pas suffisamment de lumière naturelle. Cet apport d’énergie non indispensable est sans doute critiquable au niveau consommation d’énergie, mais il prouve qu’on peut faire des bâtiments à faible consommation énergétique tout en se permettant certaines « fantaisies architecturales ».
Arbres éclairés une partie de la nuit, dans l’atrium.
Equipements de bureau
Les équipements informatiques les plus importants (serveurs, imprimantes laser, etc.), ainsi que les photocopieuses, sont regroupés dans des locaux séparés, en dehors des bureaux paysagers. On peut donc traiter ces locaux séparément et diminuer la charge interne des bureaux.
Remarque : une étude sur la puissance réelle des équipements de bureaux type utilisés par Powergen a été réalisée. Les puissances relevées se sont révélées bien inférieures aux chiffres habituellement utilisés pour le dimensionnement des équipements de climatisation : environ 7 W/m² de bureau contre 30 W/m². Par mesure de sécurité, la valeur utilisée pour les simulations et le dimensionnement est de 14 W/m².
Apports solaires
Différents éléments participent à la limitation des apports solaires :
> L’orientation nord/sud des façades principales du bâtiment limite le problème posé par les apports de chaleur dus à l’ensoleillement :
Il n’y a pas d’apports sur la façade nord.
La façade sud, exposée à un soleil haut, peut être protégée efficacement par des éléments fixes.
> Les pare-soleils fixes de la façade sud : grilles métalliques horizontales.
Complètent les auvents dans leur le rôle de protection contre les apports de chaleur en façade sud.
Permettent d’éviter l’éblouissement des utilisateurs sur les deux façades.
Stores intérieurs déroulants.
> On trouve des stores extérieurs autour du volume vitré à l’est du bâtiment, ainsi que sur les vitrages inclinés de l’atrium.
Le volume est du bâtiment, reprenant le hall d’accueil, la cafétéria et la salle de conférences, est protégé par des stores déroulants sur les façades sud et est. Ils sont abaissés et remontés automatiquement en fonction de l’ensoleillement, du vent et des intempéries.
Stores extérieurs en façade est et sud,
pour protéger la cafétéria des apports solaires.
Volume vitré à l’est du bâtiment.
Les vitrages inclinés de l’atrium sont orientés au sud et sont protégés par des stores extérieurs à lamelles. Leur position sur la longueur du bâtiment est modifiée manuellement selon les saisons.
Stores extérieurs à lamelles au-dessus des vitrages
de l’atrium inclinés, orientés au sud.
un apport de froid limité pour les journées de forte chaleur.
Le système de ventilation mécanique est divisé en 4 réseaux, chacun desservant le quart du bâtiment sur ses trois niveaux. L’air est préparé dans 4 locaux techniques, situés aux 4 coins du dernier étage. Il est pulsé par des bouches de sol intégrées dans les faux planchers (diamètre d’environ 25 cm), et extrait par 4 grandes bouches dans les parois des locaux techniques (environ 4 m²). Pour limiter la consommation d’énergie destinée au chauffage des bureaux, l’air extrait est récupéré jusqu’à concurrence de 90 %.
Bouches de pulsion et grille d’extraction intérieures.
Vue extérieure d’un des locaux de préparation de l’air,
avec sa grille de reprise et d’extraction d’air.
Chauffage
Le chauffage des bureaux est assuré par :
le chauffage de l’air pulsé (batteries à eau dans les groupes de préparation de l’air, et post-chauffe électrique par étage),
des résistances électriques de faible puissance sous les fenêtres,
L’atrium (lieu de réunion) et le hall d’entrée sont chauffés par le sol, la cafétéria est chauffée par des radiateurs traditionnels. Les salles de réunions sont chauffées et refroidies par des ventilo-convecteurs.
Remarque : Le chauffage est dimensionné pour un fonctionnement quasi continu, et tient compte des apports internes; Le bâtiment connaît donc un problème de relance en cas de fermeture exceptionnelle du bâtiment pendant un congé prolongé. Par exemple, lors de la semaine de congé à l’occasion du passage à l’an 2000 (fermeture exceptionnelle), les équipements n’ont été stoppés que quelques jours. Le chauffage a été relancé dès le milieu de la semaine de congé.
Refroidissement
Les locaux à fortes charges internes (cuisine de la cafétéria, locaux avec ordinateurs, photocopieuses, etc.) sont refroidis mécaniquement par des unités de traitement d’air une grande partie de l’année.
Les bureaux sont refroidis par ventilation naturelle comme décrit ci-dessus. En complément, pour les quelques journées les plus chaudes de l’année (utilisé jusque maintenant environ 5 jours par an), l’air pulsé dans les locaux peut être refroidit par une batterie à eau.
Préparation de chaleur et de froid
La boucle d’eau chaude peut prendre sa chaleur à trois sources différentes :
récupération de chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique,
pompe à chaleur air/eau qui prépare de l’eau à basse température,
chaudière au mazout pour les besoins exceptionnels de pointe.
Exemples.
Lorsqu’il fait chaud, et qu’une ventilation naturelle est organisée, l’eau de refroidissement du condenseur de la machine frigo est utilisée pour chauffer l’eau sanitaire, et est ensuite refroidie dans les radiateurs de l’atrium. Ces radiateurs chauffent l’air devant les fenêtres d’extraction, pour améliorer l’effet de tirage et favoriser la ventilation. Le reste de la chaleur est évacuée dans des refroidisseurs à air.
Quand des demandes de chaleur apparaissent, l’eau chauffée au condenseur sert :
au chauffage de locaux comme la cafétéria, la partie inférieure de l’atrium, le hall d’entrée, etc..,
au chauffage de l’air pulsé dans les bureaux,
au chauffage de la partie haute de l’atrium pour empêcher les coulées de froid.
Lorsque la demande de chaud augmente, la pompe à chaleur air/eau est mise en fonction et produit de l’eau à basse température qui vient en complément de l’eau du condenseur. Enfin, en cas de forte demande, la chaudière peut également fournir de la chaleur.
Equipement techniques extérieurs.
Radiateurs sous les fenêtres d’extraction de l’atrium : ils empêchent les « coulées de froid » en hiver, et favorisent l’effet de tirage quand les fenêtres sont ouvertes.
Encombrement du système
Le système de ventilation mécanique prend peu de place :
Il n’y a pas de gainage de reprise d’air grâce à l’atrium.
Les gaines de pulsion sont peu encombrantes : 4 gaines verticales aux 4 coins du bâtiment, le gainage horizontal de pulsion est inclus dans le faux plancher (hauteur de 45 cm, et il n’y a pas de gainage d’extraction, celle-ci étant réalisée via l’atrium.
L’installation pour le refroidissement mécanique est moins importante que dans un bâtiment climatisé.
Néanmoins, le 4 ème niveau (le niveau a une surface réduite par rapport au trois premiers niveaux puisqu’il se résume à une coursive) et l’atrium ont un encombrement non négligeable. Mais l’atrium participe également à l’apport de lumière naturelle, à l’aspect architectural global et au fonctionnement du bâtiment.
Le bilan comparatif du point de vue encombrement entre un bâtiment climatisé et ce bâtiment est donc difficile à faire.
Confort et sécurité
Températures
La ventilation naturelle permet de maintenir la température intérieure 3°C en-dessous de la température extérieure. Cela s’est vérifié même durant l’été très chaud de 1995.
Confort acoustique
Les éléments techniques suspendus aux plafonds ont des « ailes » qui sont des absorbants acoustiques. La forme elliptique des creux dans le plafond focalise les ondes sonores vers ces absorbants.
De plus, dans les zones où apparaît une source de bruit importante, une onde est diffusée pour noyer ce bruit, sorte de « bruit de fond parasite » non perceptible. Les diffuseurs, comme les autres éléments techniques de plafond, sont intégrés dans les éléments complexes suspendus.
Sécurité incendie
Le concept d’un seul et même espace pour la quasi-totalité du bâtiment est en principe contraire à la réglementation incendie en vigueur dans notre pays. En Belgique, chaque étage doit être séparé par des cloisons Rf 1 ou 2 heures en fonction des cas. Cependant, la nouvelle législation belge (AR de 97) prévoit la possibilité de contourner cette exigence si des moyens adéquats sont prévus pour assurer le désenfumage. Appliquer le concept de ce bâtiment chez nous demande donc une étude approfondie de la sécurité incendie, étude qui devra être approuvée par les pompiers. Il faudra, par exemple, être attentif à ne pas utiliser les balcons comme chemin d’évacuation, peut-être prévoir des écrans de fumée automatiques entre les étages, étudier correctement le désenfumage (amenée d’air de compensation, fermetures automatiques des amenées d’air naturelles, …), … En gros, il faudra convaincre les pompiers !
Dans l’exemple présenté ici, les équipements de sécurité incendie sont les suivants :
nombreux escaliers de secours extérieurs (trois par façade),
détecteurs de fumée,
système d’alarme incendie relié aux centrales de préparation d’air et aux commandes des fenêtres,
sprinklers.
En cas d’incendie, les fenêtres automatiques au niveau des bureaux sont fermées, le système de ventilation est coupé, mais les fenêtres hautes de l’atrium sont ouvertes pour évacuer les fumées.
Escaliers de secours sur la façade sud .
Coût et consommation
Coût global de 900 £/m² (hors mobilier de bureau) (environ 1 404 €/m²), soit parmi les plus bas pour un tel type de bâtiment de bureaux.
Coûts relatifs
£/m²
%
Fondations
19.5
2.2
Structure
383.9
42.6
Finitions internes
74.4
8.3
Mobilier
10.4
1.1
Équipements techniques
348.7
38.7
Divers
63.7
7.1
TOTAL
900.6
100
La consommation du bâtiment peut être comparée avec celle du bâtiment voisin, équipé d’air conditionné. Il est nouveau, de même type d’architecture et de même type d’occupation. La consommation annuelle au m² du bâtiment ventilé naturellement est inférieure de 20 % à celle du bâtiment conditionné.
Remarque : ce nouveau bâtiment, occupé pour le moment par Powergen, risque d’être loué ou revendu à plus ou moins long terme. C’est pour cette raison que le choix a été fait de le construire de façon plus traditionnelle, et de l’équiper d’air conditionné.
Nouveau bâtiment de Powergen.
Commentaires
Il semble que le choix de conception d’un bâtiment « basse énergie » résulte plus d’un souci d’image de marque de la société que d’une préoccupation énergétique.
Vont notamment à l’encontre de cette préoccupation énergétique
L’éclairage la nuit des arbres de l’atrium.
Le pompage de l’eau des étangs extérieurs pour maintenir les chutes entre les mares construites à différents niveaux.
Malgré tout, le bâtiment fonctionne bien : la consommation est inférieure à celle d’un bâtiment conditionné, les occupants semblent satisfaits, et l’aspect architectural n’a pas été négligé.
Il faut noter deux éléments importants qui ont permis la réalisation d’un tel projet, et qui font qu’il ne peut être généralisé partout :
L’organisation des bureaux est essentiellement paysagère, cette organisation ne peut convenir à tous les bâtiments.
Le site suburbain permet l’ouverture des fenêtres sans gêne pour les utilisateurs (bruit, pollution,…).
Remarque : si l’implantation sur un site à l’extérieur de la ville permet une ventilation naturelle de jour, elle entraîne une consommation en déplacements. Cet aspect devrait entrer dans une réflexion plus globale.
Conclusion
Avec des aménagements pour respecter la législation incendie en Belgique (ou des négociations…), la ventilation naturelle de bureaux paysagers dans des sites suburbains est une bonne solution pour diminuer la consommation d’énergie d’un bâtiment.
Ingénieurs techniques spéciales : Ernest Griffith & Son Consulting Engineers
Le Queen’s Building est un bâtiment de la faculté d’ingénieur de l’université de Montfort regroupant auditoires, salles de cours, bureaux, laboratoires et ateliers. Les gestionnaires du bâtiment l’ont voulu faible consommateur d’énergie. Il a donc été conçu pour :
limiter la consommation due à l‘éclairage artificiel :L’enveloppe du bâtiment est pensée pour apporter un maximum d’éclairage naturel à tous les locaux, soit directement par des fenêtres en façade et en toiture, soit indirectement par des fenêtres intérieures donnant sur l’atrium central.Une étude complète de l’éclairage artificiel a été réalisée afin de limiter la puissance installée au minimum nécessaire.
Eliminer les consommations de refroidissement et de ventilation.Les apports calorifiques d’été sont limités par la protection de certaines ouvertures extérieures.Une ventilation naturelle est organisée dans tout le bâtiment : l’air est introduit par les fenêtres et extrait, selon les locaux, par des fenêtres (en façade ou en toiture), ou par des cheminées. Dans un souci de simplicité, les équipements accessibles sont commandés manuellement. La ventilation est exclusivement diurne pour l’ensemble des locaux à l’exception des auditoires dans lesquels une ventilation nocturne est également organisée. L’inertie thermique du bâtiment combinée à cette ventilation permet de réduire la température de pointe en été.
Ces moyens ont réellement permis de limiter la consommation annuelle moyenne à 145 kWh/m², ce qui est un très bon résultat pour ce type de bâtiment en Angleterre.
Pour découvrir le fonctionnement du bâtiment, consultez les détails du projet.
Le Centre Hospitalier Universitaire André Vésale à Montigny-le-Tilleul compte un parc de 22 ascenseurs visiteurs et monte malades. En 1999, après 20 années de loyaux services, il était temps d’entreprendre une grande rénovation de la machinerie et des cabines. Lors de cette modernisation, l’équipe du service technique s’est penchée sur l’intérêt du placement de variateurs de fréquence associés à un système de gestion du trafic.
Quelques chiffres pour se donner des idées
On dénombre quelques 74 000 ascenseurs en Belgique dont 61% ont plus de 20 ans et 17% plus de 45 ans. Bref, il existe chez nous un grand potentiel en terme de rénovation et d’amélioration des équipements voire de renouvellement complet du système.
Au CHU André Vésale, on comptabilise :
320 000 à 650 000 démarrages par an et par ascenseurs pour les ascenseurs visiteurs;
268 000 à 385 000 démarrages par an et par ascenseurs pour les ascenseurs monte-malades. Soit un trafic important mais certes normal pour une institution hospitalière.
Les objectifs fixés lors de la rénovation
Prolonger la durée de vie de l’ensemble des ascenseurs via une modernisation des cabines et un remplacement des moteurs, améliorer le confort d’utilisation et les délais d’attente, réduire les coûts d’entretien via des équipements plus performants, mettre les installations en règle avec la dernière Directive Européenne et accessoirement diminuer la consommation d’énergie globale du poste ascenseurs. Tous ces objectifs furent atteints en final.
La variation de fréquence sur les moteurs
Aujourd’hui, en matière d’ascenseurs, toutes les nouvelles installations sont dorénavant équipées d’une variation de fréquence sur les moteurs entraînant les cabines. Les intérêts de la régulation en fréquence par rapport à la régulation en tension sont nombreux : précision d’arrêt au niveau des seuils d’étage, fonctionnement plus souple, réduction de l’usure mécanique, diminution des pointes de démarrage ainsi que de la consommation électrique globale.
La gestion de trafic
De plus en plus fréquemment, on verra implanter un système de gestion de trafic pour les ascenseurs fortement sollicités. L’intérêt de cette gestion est de réduire le temps d’attente des ascenseurs aux étages et de réduire la durée du parcours (en général, il y a de fortes chances qu’en se rendant du 1er au 6ème, l’ascenseur opère une halte à chaque étage).
Petite mise en situation pour expliquer le principe : sur un palier où traditionnellement un visiteur appuie habituellement sur les 3 boutons d’appel des 3 ascenseurs dans le but d’en obtenir un rapidement, il est demandé au visiteur de composer le numéro de l’étage auquel il souhaite se rendre. Le système de gestion, après évaluation, indique alors sous forme d’un affichage (A, B ou C) lequel des 3 ascenseurs le conduira dans les plus brefs délais à sa destination même si ce n’est pas le premier qui ouvrira ses portes au niveau du palier.
Énergie
Au CHU André Vésale, des mesures ont été effectuées sur 24h pour une journée type avant et après la rénovation afin de chiffrer l’intérêt en termes d’économie d’énergie de l’association des variateurs de fréquence au système de gestion de trafic.
Avant : pointes de démarrage de 140 ampères
Après : pointes de démarrage de 60 ampères
Avant : consommation journalière de 122,73 kWh
Après : consommation journalière de 61,15 kWh
On constate une économie d’énergie de l’ordre de 50 % sur le poste ascenseur suite aux travaux de modernisation effectués. Les variateurs de fréquence diminuent le niveau des pointes de démarrage par rapport à l’ancien système et le système de gestion de trafic permet une réduction du nombre de démarrage et une optimisation des déplacements des cabines.
En détail
Économique
Investissements consentis pour la rénovation des ascenseurs et la mise en place du système de gestion de trafic : 530 000 € TVAC.
Implanté à Mons sur un domaine de 25 hectares, le Centre Hospitalier Psychiatrique du Chêne aux Haies compte un ensemble de 15 bâtiments. Établissement qui depuis sa création s’est considérablement étendu avec la construction de près de 12 660 m² supplémentaires sur les deux dernières décennies avec aujourd’hui une capacité d’accueil de 455 lits. Un patrimoine bâti dont l’équipe technique doit assurer le suivi de la maintenance et des nouveaux projets, mais aussi le suivi des consommations énergétiques afin de garder un œil sur leurs évolutions.
La traçabilité des consommations
Le suivi des consommations et de la facturation des 15 bâtiments du Centre Psychiatrique, d’une superficie totale de 33 150 m², n’est pas chose aisée d’autant plus qu’au fil des nouvelles constructions les raccordements se sont multipliés et parfois ont été opérés par repiquage sur des collecteurs, des conduites ou des cabines électriques existantes sans qu’un sous compteur y soit systématiquement placé. Cette identification relève aujourd’hui d’un véritable jeu de piste. Difficile dans ces conditions de mener un suivi précis.
Un exemple qui traduit bien l’intérêt d’assurer le suivi des consommations est cette fuite d’eau chaude sanitaire apparue courant 2004 dans un vide technique d’un des pavillons. Ce n’est que bien des semaines après que l’incident fut repéré et alors immédiatement corrigé. En attendant, ce sont plusieurs m³ d’eau chaude à 50°C inutilement gaspillés.
Niveau de consommation et suivi actuels
La société de maintenance désignée pour assurer l’entretien de l’ensemble des chaufferies et des équipements techniques du site réalise déjà un relevé des compteurs existants tous les quinze jours. Cette action permet d’obtenir une première approche de l’évolution des consommations, mais est limitée à une analyse globale et non pas dichotomique.
Pour se donner une idée de la taille du patrimoine bâti, voici les chiffres de consommations globales du site pour l ‘année 2003 : 630 000 m³ de gaz, 2 125 MWh d’électricité, 293.000 litres de mazout et 40 000 m³ d’eau. La facture énergétique globale s’élevait quant à elle à 520 000 € TVAC. On comprend dès lors l’importance d’effectuer un suivi rapproché.
Projet à l’étude
Afin de mettre en place une comptabilité énergétique efficace, le bureau d’études du service technique compte s’équiper de 88 compteurs à impulsions qui placés judicieusement permettront le suivi en direct des consommations d’eau, de gaz, de fuel et d’électricité. Le rapatriement des données s’effectuerait à travers le réseau téléphonique du site vers les bureaux du service technique où elles seront traitées et analysées.
Les objectifs
Plusieurs raisons conduisent aujourd’hui la Direction à se tourner vers cet investissement afin de disposer d’un outil de comptabilité énergétique performant :
Certains bâtiments du site doivent avoir une gestion totalement indépendante du centre hospitalier d’où la nécessité d’une comptabilité énergétique spécifique à chaque entité afin de répartir les coûts.
La buanderie et la cuisine sont deux entités très énergivores dont la Direction souhaite connaître précisément le coût de revient du kg de linge nettoyé et de chaque repas préparé en cuisine afin d’évaluer au mieux les frais réels d’hospitalisation.
C’est également un outil de supervision de la bonne maintenance des équipements (éventuelle dégradation des rendements) et de fixer le cas échéant un objectif d’économie à la société de maintenance de x% par poste et/ou par bâtiment qui pourra être aisément vérifié.
Détection de fuites éventuelles sur le réseau d’eau de ville du site, sur les réseaux d’ECS des bâtiments, de conduites de gaz enterrées ou de cuves à mazout.
Suivi de l’évolution des consommations de chauffage à travers le tracé de la signature énergétique de chaque bâtiment afin de s’assurer de la concordance des consommations en fonction des rigueurs climatiques. Une variation de la signature énergétique peut être synonyme d’une dérive des consommations (déréglage des courbes de chauffe, encrassement du brûleur et/ou de la chaudière,…).
Établissement d’un budget énergie pour chaque entité.
Mesure de l’impact d’investissement URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) afin de valider les économies prévues et de montrer ainsi les résultats chiffrés à la Direction.
En détail
Économique
L’investissement est estimé pour l’acquisition du matériel et le placement à près de 146 000 € TVAC.
On peut estimer raisonnablement que l’on devrait générer environ 5 à 10 % d’économie globale à travers ce suivi des consommations soit entre 25 000 et 50 000 € TVAC sur le coût annuel actuel.
Description du comptage
Quantité
Prix unitaire HTVA
Montant en €
Eau DN 80
17
1 500
25 500
Eau DN 100
4
2 000
8 000
Eau DN 160
2
2 500
5 000
Gaz DN 50
10
1 750
17 500
Gaz DN 160
1
4 500
4 500
Électricité
24
1 000
24 000
Mazout de chauffage
6
1 500
9 000
Eau de Chauffage
4
1 250
5 000
Eau de chauffage sanitaire
19
1 000
19 000
Logiciel de traitement des données
1
2 500
2 500
Total des points de comptage
88
120 000
TVA 21%
25 200
Total TVAC avec système de rapatriement des données
145 200
Tableau : détails des coûts d’investissement.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Philippe PIERARD
Directeur Service Technique
CHP du Chêne aux Haies
Tél. : 065 381 111
Email : philippe.pierard@chpchene.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
En cherchant, on peut parfois faire de belles économies d’énergie et financières sans investissement. Comme par exemple, une ventilation qui fonctionne 24h/24 alors qu’une coupure de nuit est envisageable, les circulateurs de chauffage qui tournent toute l’année alors que la chaudière est coupée à la bonne saison, des compteurs hors service dont on paye toujours une redevance, l’éclairage extérieur d’un bâtiment ou d’un parking qui reste allumé de jour comme de nuit, … C’est ce qu’a réalisé le Responsable Énergie de la Ville de Namur. Il s’est penché sur les origines des différentes consommations électriques de l’Hôtel de Ville et s’est rapidement aperçu que certaines améliorations pouvaient facilement réduire les consommations et donc la facture électrique globale.
Cette analyse date du début des années 2000 et n’effectue pas de retour sur les mesures mises en place et leur impact réel. Toutefois, même si 2016 diffère de l’époque, les mesures envisagées sont toujours valables.
Un point de départ : les ratios de consommation
Afin de se donner une idée du niveau de consommation de son bâtiment, une bonne démarche est de le comparer à la moyenne des consommations des bâtiments de même affectation en Région wallonne. On peut ainsi rapidement situer sa consommation comme étant supérieure ou inférieure à la moyenne wallonne de x kWh/m² et par an.
Dans le cas de l’Hôtel de ville de Namur, on se situait bien au-delà de la moyenne. Une analyse fine suite à des mesures sur le terrain a permis de vérifier l’origine des consommations pour les différentes ailes et si effectivement ces kWh « excédentaires » étaient justifiés ou pas.
D’autres indicateurs
Il existe d’autres indicateurs de la bonne utilisation d’une installation électrique que l’on citera brièvement et qui ont été évalués par le Responsable Énergie dans sa démarche :
la puissance spécifique qui correspond à la puissance de pointe maximale annuelle sur la surface totale du bâtiment (une puissance spécifique élevée est source de consommation excédentaire);
la durée d’utilisation de l’installation qui se calcule en ramenant l’énergie consommée en heures pleines sur la puissance de pointe quart-horaire annuelle;
le rapport des consommations en heures creuses et en heures pleines.
L’analyse de terrain
Force fut de constater que la consommation électrique en heures creuses équivalait étrangement à 42% de la consommation totale. Est-il normal dans un bâtiment administratif qui n’ouvre que la journée de consommer autant la nuit ? Certes pas ! Mais qui est là pour s’en rendre compte en pleine nuit ? D’où l’importance et la nécessité d’effectuer des mesures de courant afin d’évaluer qui consomme et quand.
N°
Résumé des modifications à apporter pour générer les économies estimées
Investissement TVAC
Économie d’énergie
Modif. Pointe kW
Économie financière générée annuellement
Temps retour brut
MWhPL
MWhCR
Hr.PL
Hr.Cr
Pointe
Total
a.1
Mieux gérer l’éclairage des sanitaires et des couloirs.
0
5.5
61.5
0
423 €
3 158 €
0
3 581 €
0
a.2
Couper l’éclairage des parkings.
815 €
14
102
0
1 078 €
5 238 €
0
6 316 €
0,13 an
a.3
Horaire de l’éclairage extérieur.
0
21
0
0
1 078 €
0
1 078 €
0
a.4
Couper le transfo de 400kVA.
2.3
2.9
0
177 €
149
0
326 €
1,7 an
a.5
Couper les halogènes de l’accueil.
5.5
0.5
– 1.5
423 €
25
12 x 15 €
628 €
0
b.1
Couper l’éclairage des sanitaires et des couloirs plus tôt.
1 800 €
5.75
5.75
0
442 €
295
0
737 €
1,6 an
b.2
Éclairage manuel dans les sanitaires.
0
5
0
0
38 €
0
385 €
b.3
Couper les prises de courant durant la nuit et les week-ends.
3 755 €
12
74
0
924 €
3 800 €
0
4 724 €
0,8 an
c.1
Ballasts électroniques écl. bureaux.
50 000 €
50
0
– 20
3 850 €
0
12 x 203 €
6 286 €
8 ans
c.2
Ballasts électroniques écl. parkings.
5 000 €
6.5
1.5
– 2
500 €
77
12 x 20 €
597 €
8.5 ans
Sur base de l’analyse des mesures, des anomalies de programmation d’horloge ont été décelées comme par exemple le fonctionnement 24h/24 des ventilateurs d’extraction des parkings ainsi que leur éclairage alors qu’ils sont inaccessibles la nuit. De plus, le patio et le jardin, fermés aussi au public durant la nuit, sont illuminés alors qu’ils ne sont pas visibles depuis la voirie, dès lors une meilleure programmation de l’horloge permettrait une économie de 21 MWh par an. Également, une meilleure gestion de l’éclairage des couloirs et des sanitaires apporte des économies substantielles.
Plusieurs actions ont été finalement proposées par le Responsable Énergie qui ne manqueront pas d’interpeller les mandataires tant ces économies sont pour la plupart directes et sans investissement.
Faites le tour de vos bâtiments et vous constaterez peut être que ces consommations inutiles additionnées représentent vite quelques milliers d’euros sur une année.
En détail
Potentiel d’économie d’énergie
Si les actions a.1 à b.3 sont mises en œuvre :
Gain sur la facture électrique : 17 775 € / an
Investissement : 6 920 €
Temps de retour : 5 mois
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
David GOFFIN
Responsable Énergie
Ville de Namur
Service Électromécanique
Tél : 081/248 503
Email : david.goffin@ville.namur.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Tous les gestionnaires que nous avons pu rencontrer et ayant fait le choix d’une GTC sont satisfaits et, à refaire, referaient le même investissement vu la facilité de la maintenance et les économies d’énergie réalisées.
Le Fonds des bâtiments scolaires de la Communauté Française gère ainsi avec satisfaction ses bâtiments scolaires des provinces de Namur, de Liège et du Brabant wallon (depuis plus de 20 ans). La commune de La Louvière étend progressivement son réseau aux différents bâtiments communaux …
Pour être concret, voici l’expérience de Monsieur Michel De Smet, responsable de l’électromécanique de la ville de Mons. Déjà en 1995 la GTC avait montré son efficacité. C’est encore le cas aujourd’hui en 2016.
« Nous gérons près de 160 bâtiments, c’est-à-dire environ 120 chaufferies sur l’ensemble du territoire communal. Le service chauffage occupe 6 chauffagistes et 1 contremaître.
Nous disposons d’un système de télégestion couvrant actuellement 35 bâtiments de la Ville de Mons et nous en sommes très satisfaits. D’autres raccordements sont prévus.
Nous avons été favorisés par l’existence de plusieurs régulateurs d’une même marque déjà en place dans les chaufferies, ce qui nous a permis de n’investir que dans :
le câblage des contacts d’alarme,
le placement de l’interface,
le placement de la ligne téléphonique.
Les interventions sont réalisées par nos services internes.
Nous avons raccordé prioritairement les chaufferies :
facilement adaptables (régulateur compatible),
importantes en volume de bâtiment chauffé,
les plus éloignées du centre de Mons (parfois l5 ..20 km).
Nous avons démarré avec une installation « pilote » pour tester le logiciel et nous tester.
En fait, c’est la mise en service d’un régulateur qui demande du temps, car nous analysons son fonctionnement (sur base d’historiques et nous ajustons les paramètres). Nous avons ainsi pu détecter bon nombre d’anomalies, de sondes qui ne fonctionnaient pas correctement, de sondes dont le raccordement était inversé (sonde 1 sur circuit 2 et inversement, …).
La plus grande économie provient de ce qu’on a pu supprimer beaucoup de dérogations locales : l’utilisateur mettait l’installation en fonctionnement continu … et oubliait de la reprogrammer. À présent, il doit nous téléphoner pour que nous puissions programmer le chauffage, en vue d’une réunion le soir ou d’une fête le samedi.
Cette adaptation a suscité quelques réactions (il n’est pas facile de passer de 23°C à 21 °C !) mais le pli est pris.
Nous découvrons également des problèmes hydrauliques (déséquilibrages d’installation, insuffisance de certains circulateurs, …) maintenant que notre gestion est plus fine.
Une sauvegarde des paramètres de réglage est possible, si bien qu’après le test d’une nouvelle solution jugée inadéquate, nous pouvons toujours revenir aux anciens paramètres.
Après cette phase de mise en service, les interventions sont rares. Si les personnes se plaignent, c’est que très souvent il y a eu une modification physique locale : nouveau percolateur placé sous une sonde, affiche collée sur une sonde, …
La suppression progressive des conciergeries nous posait problème; à présent, l’alarme antigel automatique nous protège de tout risque.
L’interprétation correcte d’une alarme demande une connaissance physique de l’hydraulique de l’installation ! Ici, au bureau, nous connaissons nos bâtiments.
Un gros bâtiment, sous contrat avec une société de maintenance, a été également raccordé sous télégestion. Cela nous a permis de mieux contrôler leur travail.
Nous connaissons l’emploi du temps de nos ouvriers (entre le temps de déclenchement de l’alarme et de remise en ordre de l’installation). Et plus question de mettre l’installation en dérogation à défaut d’avoir trouvé la panne.
Notre charge au bureau a augmenté puisque nous reprenons une part de la résolution du problème, mais globalement le travail est beaucoup plus efficace.
Nous n’avons pas de contrat de maintenance avec la société de régulation, mais elle répond à nos questions si nécessaire.
Nous constatons une chute assez significative des consommations. Un bilan précis a été établi en fonction des degrés-jours à l’aide d’un tableur Excel dont voici ci-dessous deux extraits. L’année de la mise en service du nouveau système de régulation et de télégestion apparaît au premier coup d’œil ! »
Le Centre belge du Tourisme des Jeunes (actuellement Kaleo) gère plus de 20 bâtiments en Ardenne. Elle souhaite établir le cadastre énergétique de son parc afin de mieux définir ses priorités en matière d’investissement.
Créé en 1974 sous l’impulsion de l’Association Nationale d’Aide aux Handicapés Mentaux, le centre de Hemptinne héberge 54 personnes adultes atteintes de déficience mentale.
Son objectif est de construire avec ces personnes un monde adapté à leurs capacités, leurs besoins et leurs envies. Il doit allier sécurité et réalisation de soi par le biais d’activités rurales, physiques et créatives.
Le centre, situé à Jauche au milieu des bois et des champs, est installé dans les bâtiments d’un ancien sanatorium datant des années 30. Celui-ci est en cours de rénovation et d’adaptation aux spécificités de sa population. En particulier, les pensionnaires y vieillissent.
Pour répondre à cette problématique, plusieurs projets sont en chantier : aménagement des salles de bain, adaptation des activités, construction d’ateliers d’occupation et de loisir, rue intérieure, …
Actuellement, le centre comprend 6 salles de bains avec 2 baignoires. Chaque matin et chaque soir, ce sont ainsi 54 bains qui sont donnés. Malheureusement, depuis de nombreuses années, les problèmes apparaissent avec l’hiver : par grand froid, seuls 12 bains peuvent être remplis avec une température d’eau convenable. À partir du 13ème remplissage, la température de l’eau chute rapidement.
L’ancien sanatorium dans les années 30.
Le centre de Hemptinne aujourd’hui.
Avant de devenir le responsable technique du centre, Mr Jallet y était éducateur. Il connaît donc parfaitement les difficultés qu’engendre cette situation. L’inconfort est évidemment intolérable pour les résidents et leur encadrement en est d’autant plus difficile.
C’est pourquoi, sous l’impulsion de son directeur, Mr Asselbourg, il se met un point d’honneur à corriger le plus rapidement possible la situation.
Trois offres différentes
L’eau chaude est produite par deux échangeurs instantanés, combinés à l’installation de chauffage. Au moment des bains, les chaudières ne peuvent pas être dédiées uniquement à la production d’eau chaude. En effet, cette période de plus d’une heure est trop longue et une coupure de chauffage serait trop inconfortable. Chauffage et eau chaude doivent donc pouvoir coexister.
Deux chaudières de 406 kW chacune.
Deux échangeurs sanitaires de 328 kW chacun.
Installation de production combinée de chauffage et d’eau chaude sanitaire
Dans un premier temps, Mr Jallet demande à trois installateurs de lui remettre une offre pour la rénovation de la production d’eau chaude sanitaire. Les réponses reçues l’interpellent.
En effet, les trois demandes débouchent sur trois solutions différentes. Le premier installateur estime que la puissance des chaudières est insuffisante pour chauffer simultanément les bâtiments et l’eau chaude. Il propose donc d’installer une nouvelle chaudière de 575 kW et de la coupler aux deux anciennes. Le deuxième installateur suit un raisonnement semblable mais préfère découpler le chauffage de la production d’eau chaude en installant des nouvelles chaudières indépendantes dédiées uniquement aux échangeurs sanitaires. Enfin, la troisième société décide, elle, de compléter les échangeurs par quatre ballons tampon de 500 litres chacun. Ceux-ci auraient une capacité suffisante pour subvenir aux besoins de pointe et se réchaufferaient lentement entre les périodes de bains.
Face à ces propositions, Mr Jallet s’interroge. Tout d’abord, pourquoi trois solutions différentes ?
Ceci signifie-t-il que le problème est plus complexe qu’il n’en a l’air ? Les installateurs ont-ils pris le temps de l’examiner avec précision ? De plus, les investissements préconisés sont importants. Dans ces conditions, comment faire son choix ? Quelle garantie de résultat a-t-on ?
Comprendre avant d’agir
La réflexion de Mr Jallet se précise : en 1979, l’installation de chauffage avait été conçue par un bureau d’études. Celui-ci disposait de tout les éléments de dimensionnement et a sûrement pris des coefficients de sécurité importants. C’était la coutume à l’époque. Alors, tout compte fait, l’installation comprend peut-être tous les éléments nécessaires à un fonctionnement correct. Un simple réglage ou le remplacement d’un équipement défectueux suffisent peut-être simplement pour obtenir le confort recherché. Ceci serait sûrement nettement moins coûteux.
Avec l’aide de l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable, les responsables du centre décident alors de prendre le temps d’analyser plus en profondeur et surtout de façon « neutre » le comportement de leur installation. Ils pourront décider en connaissance de cause.
En tout premier lieu, il faut observer les circonstances exactes d’apparition des problèmes : où et quand apparaît l’inconfort ? Voici 3 questions qui peuvent orienter les débats :
Les problèmes sont-ils récents ou ont-ils toujours existés ?
S’ils ont toujours existé, c’est la conception de l’installation qui est en cause (dimensionnement des équipements, mauvais dessin de l’installation, …). S’ils sont récents, il faut repérer les circonstances d’apparition des plaintes. Par exemple, le repiquage d’un nouveau circuit sur l’installation existante peut perturber le fonctionnement hydraulique de celle-ci, des travaux sur l’installation peuvent provoquer un transfert de sédiments et bloquer des éléments, un échangeur peut s’entartrer progressivement, un circulateur tomber en panne,…
Les problèmes sont-ils saisonniers ?
S’ils n’apparaissent qu’en hiver, c’est que la collaboration avec le chauffage se passe mal.
S’ils apparaissent aussi en été, ce sera plutôt l’appareil de production d’eau chaude seul qui sera mis en cause. Par exemple, la puissance de l’échangeur est peut-être insuffisante.
Y-a-t-il des problèmes pour tous les utilisateurs ?
Si seuls les utilisateurs les plus éloignés de la production sont concernés, c’est du côté de la distribution d’eau chaude qu’il faut chercher. Si par contre, tous les points de puisage sont touchés, c’est la production qui devrait être suspectée.
Dans le cas présent, le manque d’eau chaude survient pour tous les utilisateurs lorsque les demandes d’eau sanitaire et de chauffage sont maximales, c’est-à-dire, en plein hiver, au moment des bains.
Dans ce cas, en quoi le chauffage peut-il influencer la production d’eau chaude ?
Premièrement, une puissance insuffisante des chaudières ne permettra pas aux échangeurs d’être alimentés à la bonne température. C’est la cause directement retenue par les installateurs consultés.
Un deuxième phénomène peut cependant intervenir. En plein hiver, les vannes (mélangeuses, thermostatiques, …) sont pour la plupart ouvertes en grand. La demande en débit des circuits de chauffage est donc maximum. Si leurs circulateurs ont été surdimensionnés, les débits appelés risquent d’être trop importants. Les échangeurs sanitaires sont alors privés d’un débit suffisant.
Vérification des puissances installées
Pour vérifier la puissance des chaudières, il faut connaître les besoins en chauffage et en eau chaude sanitaire. On peut estimer les besoins en eau chaude sanitaire par un relevé des puisages effectués durant les heures de pointe.
Les estimations ont été confirmées par le placement d’un compteur d’eau sur l’alimentation de chaque échangeur. Les relevés des compteurs ont indiqué un puisage de pointe en 10 minutes de 727 l d’eau à 60°C.
Estimation des puisages maximum simultanés
Utilisation
Besoins en eau à 60°C
12 baignoires
12 x 60 l/10 min.
5 lave-linge
5 x 10 l/10 min.
12 éviers SDB
12 x 4 l/10 min.
6 bacs cuisine
6 x 12 l/10 min.
Total
890 l à 60°C puisée en 10 min.
Les compteurs d’eau sont indispensables pour connaître précisément les besoins en eau chaude et donc pour dimensionner correctement les installations de production. Par la suite, ils permettent de suivre les consommations d’eau chaude et donc de détecter des fuites éventuelles, des dérives ou encore l’impact de points de puisage économiques.
Les besoins maximaux en chauffage ont été estimés grâce à un calcul des déperditions thermiques des bâtiments.
Puissances estimées
Besoins en eau chaude
2 x 155 kW
Besoins en chauffage
500 kW
Total
810 kW
Puissances réelles
Puissance nominale chaudières
812 kW
Puissance nominale échangeurs
2 x 328 kW
On constate deux choses. Premièrement, les échangeurs installés sont surpuissants. Ensuite la puissance des chaudières est théoriquement suffisante pour répondre à la demande. « Théoriquement » parce que, comme on le découvrira un peu par hasard ensuite, elles ne fonctionnent pas dans leurs conditions nominales.
De plus, on peut observer que par les plus grands froids, les chaudières ont du mal à maintenir leur température de consigne en période de bains. En première approche, on peut cependant supposer que le léger manque de puissance des chaudières n’est pas la cause principale de l’inconfort.
Interférence entre les circuits
Si la production de chaleur n’est pas en cause, il faut se tourner vers la distribution. En hiver, les échangeurs sont-ils alimentés à leur débit nominal ?
Il est possible de mesurer le débit d’un circulateur avec un simple manomètre. On peut dès lors comparer les mesures aux besoins estimés tant en chauffage que pour les échangeurs.
Mesure du débit des circulateurs grâce à un manomètre.
Les résultats obtenus sont significatifs. Lorsque l’on force les vannes mélangeuses des circuits de chauffage à s’ouvrir en grand (simulation du plein hiver), le débit dans les échangeurs d’eau chaud sanitaire chute en dessous du débit minimum nécessaire. Ceci signifie que les circulateurs « chauffage » sont surdimensionnés et qu’à l’ouverture des vannes, ils « court-circuitent » une partie du débit dédié aux échangeurs sanitaires. On retrouve d’ailleurs un indice de ce surdimensionnement à l’intérieur des locaux où la vitesse excessive de l’eau se fait entendre dans les radiateurs.
Le surdimensionnement des circulateurs est chose courante. Tout d’abord parce que lors de la conception, les bureaux d’études appliquent un certain nombre de coefficients de sécurité. Par la suite, au cours de la vie de l’installation, un circulateur défectueux est remplacé au mieux par un circulateur identique, au pire par le circulateur que l’on possède en réserve et qui a des caractéristiques suffisantes par rapport à l’ancien modèle. De fils en aiguilles, les caractéristiques des circulateurs originaux sont oubliées et l’installation ne correspond plus aux calculs de dimensionnement.
La plupart des circulateurs actuels possèdent un réglage de vitesse (de 1 à 3 ou 4 vitesses). La tendance naturelle veut, comme c’était le cas au Centre de Hemptinne, que tous les circulateurs soient réglés sur leur vitesse maximum. Ceci nous laisse cependant une possibilité d’amélioration. Par mesure de débit, on constate en effet qu’il est possible d’assurer le chauffage avec les circulateurs réglés en vitesse 2, ce qui a pour conséquence d’augmenter les débits dans les échangeurs sanitaires.
Mesure des débits pour le circuit 1
Vitesse du circulateur chauffage
[Tours/min]
Débit circuit chauffage
[m³/h]
Débit échangeur ECS
[m³/h]
1 410
15
7
1 140
14
11
680
8,5
11
Besoins calculés
12
9
Un échangeur encrassé !
Cependant, malgré un débit primaire maintenant suffisant, les échangeurs ne donnent pas entière satisfaction. La température de consigne de l’eau chaude (55°C) ne peut être atteinte. Tout au plus délivre-t-on une eau à 45°C. En fait l’échange de chaleur au sein de l’échangeur sanitaire se fait très mal. L’eau en provenance de la chaudière retourne pratiquement aussi chaude qu’elle n’est arrivée.
L’échange de chaleur peut être freiné soit par un entartrage du côté secondaire, soit par un embouage du côté primaire. On penche pour la première solution. En effet, les échangeurs ne sont détartrés que manuellement une fois par an par le service technique du Centre. Celui-ci est conscient que le travail ne peut être correctement réalisé (pas de mise sous pression, pas de dosage correct des réactifs, …). Cependant puisqu’en été, la quantité d’eau chaude délivrée est suffisante, ce problème avait été considéré comme secondaire.
Perte de puissance des chaudières
Entre-temps,le brûleur d’une des deux chaudières a rendu l’âme. Lors du démontage et de l’entretien, on remarqua que certains tubes de fumées des chaudières étaient pratiquement bouchés par des agglomérats de suies et d’acier corrodé. Il apparut clairement alors que les chaudières dont on avait jugé la puissance théoriquement suffisante, ne pouvaient plus délivrer leur puissance nominale.
Un des deux brûleurs modulants rend l’âme.
Trois améliorations
On voit que la solution au problème posé n’est pas unique. C’est à une combinaison de trois éléments que l’on a affaire :
manque de débit dans les échangeurs sanitaires,
entartrage de ces échangeurs,
manque de puissance des chaudières par corrosion.
Il n’est dès lors même pas certain que les trois premières propositions d’amélioration remises par les installateurs auraient, toutes, donné satisfaction. Rajouter une chaudière dans la cascade sans jouer sur l’hydraulique n’aurait en tout cas servi à rien. Les investissements à consentir pour mettre en ordre l’installation sont, en outre, nettement moindres que ce qui avait d’abord été prévu.
Pour rétablir le confort, il faut donc agir sur trois fronts.
> Tout d’abord, diminuer la vitesse des circulateurs « chauffage ». Ceci n’est possible que sur un des deux circulateurs, le deuxième ne possédant pas de sélecteur de vitesse. Des mesures effectuées sur le premier circulateur ont montré que le passage de la vitesse maximum à la vitesse intermédiaire serait suffisant pour garantir le débit nominal dans l’échangeur. L’autre circulateur doit être remplacé. Il fut, malgré tout, décidé de remplacer les deux circulateurs par des circulateurs à vitesse variable. Ceux-ci ont deux avantages : un réglage précis du débit maximum et une variation automatique de la vitesse en fonction de la demande de chaleur.
Il en résulte une économie d’énergie électrique et une diminution du sifflement des vannes thermostatiques lorsque beaucoup d’entre elles se ferment.
Nouveau circulateur à vitesse variable.
> Un des deux échangeurs fut détartré en usine par le fabricant. Cette opération fut réalisée en moins d’une journée. L’échangeur fut enlevé après les bains du matin et replacé avant la toilette du soir. Le fabricant n’a pas garanti la résistance mécanique du deuxième échangeur. Celui-ci fut donc immédiatement remplacé par un nouvel échangeur à plaques.
Nouvel échangeur à plaque.
> Enfin, le brûleur défectueux fut remplacé par un nouveau brûleur à deux allures. Celui-ci fut choisi pour pouvoir être adapté, dans le futur, à une chaudière légèrement plus puissante. Dans les deux chaudières, les tubes de fumée bouchés furent nettoyés et les pièces abîmées (spirales) furent remplacées.
Comparaison des solutions proposées
Premières propositions
Coût (€)
Une chaudière en plus dans la cascade
30,625 €
Chaudières dissociées pour l’eau chaude
14,390 €
Quatre ballons complémentaires
19,307 €
Solutions retenues
Deux circulateurs à vitesse variable
1,218 €
Un détartrage*
691 €
Un nouvel échangeur*
4,417 €
Deux compteurs d’eau*
896 €
Nettoyage et réparation des chaudières*
1,774 €
Nouveau brûleur*
(3 629 €)
Un manomètre
63 €
Total sans brûleur
9,059 €
*Les investissements réalisés peuvent aussi être considérés comme de l’entretien ou faisant partie de la gestion courante de l’installation. Par exemple, le brûleur devait être remplacé, les échangeurs devaient de toute façon être détartrés, les compteurs d’eau serviront au suivi des consommations,…
Conclusion : développer une vision globale de l’installation
« Il fait trop froid, il faut augmenter la puissance, des chaudières, des circulateurs, des radiateurs, … ! »
Ce raisonnement réducteur est très courant. Il conduit à des sur-investissements qui, la plupart du temps ne donnent pas satisfaction ou pire, aggravent la situation.
Il est extrêmement rare de rencontrer des installations sous-dimensionnées. Par exemple, une enquête suisse a montré que le débit des circulateurs est en moyenne 2,5 fois trop élevé ! Et que dire des chaudières ! Un raisonnement semblable peut donc être tenu pour les autres éléments de l’installation.
Pour établir des priorités d’intervention, il faut prendre le temps d’examiner de façon globale l’ensemble de l’installation, de la production à l’émission en passant par la distribution et la régulation. Il faut aussi aiguiller les recherches en repérant les circonstances d’apparition des plaintes : où et quand se plaint-on ?
On en arrive alors souvent à détecter un dysfonctionnement hydraulique : déséquilibre de l’installation, interférence entre les circuits. Une partie du réseau présentant moins de résistance court-circuite une partie importante du débit au détriment d’autres.
Un autre aspect que l’on néglige aussi est d’agir par la diminution des besoins. Plutôt que d’essayer d’augmenter la puissance des installations, pourquoi n’essayerait-on pas de diminuer les besoins ? C’est ce qui sera réalisé prochainement au Centre de Hemptinne. Dans le cadre de la rénovation des salles de bain, les baignoires seront en partie remplacées par des douches. Celles-ci consomment au minimum deux fois moins d’eau chaude.
Pour conclure, prenons un autre exemple, celui du Foyer International des Étudiants à Liège.
Dans ce centre d’hébergement, les locataires se plaignaient aussi d’un manque d’eau chaude sanitaire. Les responsables de l’institution ont dès lors envisagé de placer des ballons supplémentaires.
Un élément leur a cependant sauté aux yeux : la consommation d’eau importante de l’institution. En effet, cette dernière s’élevaità 217 litres par jour et par personne, alors que ce ratio n’est que de 80 litres dans un ménage moyen ! Dès lors plutôt que d’augmenter la capacité de production d’eau chaude, il fallait en diminuer la consommation. Des simples mesures avec un seau et un chronomètre ont montrés que certaines douches débitaient pas moins de 30 litres par minutes (une douche de 5 minutes consommait 150 litres d’eau chaude !).
Actuellement, les pommeaux de douche économiques permettent de ramener ces débits à moins de 8 litres par minute pour une sensation de confort identique. Cette solution a permis de diminuer les consommations d’eau et d’énergie et d’éviter un investissement nettement plus important.
Cette Maison de Repos et de Soins dépendante du CPAS de Tournai, communément appelée « Home du Moulin à Cailloux », fut construite en 1976 dans le faubourg nord de la Ville et accueillait quelques 153 résidents dans un bâtiment s’élevant sur trois étages. Suite aux dernières canicules estivales, un problème de surchauffe a fait surface et mobilisé le personnel pour qu’on y trouve remède.
Problèmes de surchauffe
Lors de la période caniculaire de 2003, un grand nombre de plaintes d’inconfort liées à une surchauffe des locaux fut émis principalement par le personnel soignant qui exécute des prestations lourdes pendant la journée, les familles qui rendent visite à leurs parents ainsi que le personnel administratif. À nouveau à la mi-juin 2004, le même problème se représentait : il fait trop chaud ! Ces personnes sont incommodées par une température élevée l’après-midi et un éblouissement gênant en fin de journée principalement dans les locaux supérieurs des façades ouest et sud. Ces dernières sont fortement vitrées : à 90 % pour les bureaux du rez-de-chaussée et à 57% pour les chambres des étages.
Une climatisation !
Très rapidement la solution vers laquelle la Direction se tourne légitimement, c’est d’installer un système de climatisation pour les chambres les plus exposées à ce problème de surchauffe. Pour vaincre la chaleur, rien de tel que du froid ! Oui mais n’y a-t-il pas d’autres alternatives à une climatisation onéreuse aussi bien à l’investissement qu’à l’exploitation ? C’est ici qu’intervient le rôle du Responsable Énergie du CPAS de Tournai. Mandat lui fut donné d’analyser le problème et d’y trouver le remède adéquat sans se précipiter les yeux fermés vers la solution de la climatisation.
Analyse des plaintes et campagne de mesures
La première étape fut de collationner auprès des occupants du bâtiment les plaintes formulées afin de se faire une idée de l’ampleur du problème de surchauffe. Qui est incommodé ? Ce problème semble-t-il se manifester dans tout le bâtiment ? Dans quelles conditions observe-t-on cet inconfort ?
Dans un 2ème temps, une campagne de mesures fut réalisée lors de l’été 2004 à l’aide d’une station météo placée dans une chambre-type du 3ème étage où l’on observe la surchauffe la plus forte. Une température de 30°C fut enregistrée dans le courant de l’après-midi d’une journée du mois de juillet.
Objectif : mettre des chiffres derrière ce problème afin d’évaluer au mieux la situation.
Gestion de la surchauffe
On estime que le refroidissement des chambres via une climatisation devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint 55 W/ m² soit 740 W dans le cas de notre chambre-type du 3ème étage.
Les apports internes étant approximativement de 440 W (éclairage, occupant, téléviseur,…), il s’agit de limiter les apports solaires à 300 W afin d’éviter le recours à la climatisation. Or dans la situation actuelle, châssis avec simple vitrage clair, la puissance solaire transmise en été au local est de 1 670 W ! Comment réduire cet apport ? Il est possible de diminuer ces apports solaires via des brises ou des pare-soleils sans nuire au niveau d’éclairement requis du local.
Sur base de tableaux établis pour la Région wallonne par la Cellule Architecture et Climat de l’UCL, on peut comparer plusieurs cas de figure : en plaçant un double vitrage basse émissivité, la puissance solaire transmise descend à 1 260 W et si on l’associe à une protection solaire extérieure tel qu’un store déroulant, on tombe à 140 W. Une protection solaire intérieure quant à elle donnerait une valeur de 570 W.
Il est donc tout à fait possible d’éviter la climatisation et ses coûts d’exploitation pour limiter l’élévation de température des locaux au-delà de 24°C.
La meilleure solution ?
Celle qui rencontrera la satisfaction de tous les utilisateurs et des gestionnaires du bâtiment, l’utilisation rationnelle de l’énergie et bien entendu l’approbation des décideurs quant à l’aspect financier.
Suite à la présentation de l’analyse chiffrée du Responsable Énergie, la Direction fut bien surprise de constater qu’il était possible de se passer de climatisation. Dès lors, en plus du remplacement des anciens châssis en aluminium simple vitrage par des châssis en PVC double vitrage à basse émissivité, des 66 chambres concernées, les 36 situées sur la façade sud seront équipées d’un brise-soleil et les 30 sur la façade ouest de stores pare-soleil. Une mise en œuvre prévue courant 2006.
En détail
Économique
Remplacement des châssis : 115 300 € TVAC.
Brise-soleil extérieur façade sud : 22 500 € TVAC.
Store enroulable extérieur façade ouest : 27 500 € TVAC.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO5 et de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
La climatisation quant à elle coûterait de l’ordre de 252 500 € TVAC avec un coût d’exploitation annuel de l’ordre de 5 000 € !
Informations complémentaires
Luc BODDIN
Responsable des Biens et Travaux
CPAS de Tournai
Tél : 069 888 934
Email : architecte@cpas-tournai.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. Depuis cette époque, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS, le home du Moulin à Cailloux a été reconstruit complétement. Dans le nouveau home, des protections solaires automatiques ont été placées à l’extérieur des fenêtres. Les risques de surchauffe ont ainsi été réduits dès la conception du bâtiment.
La Ville de Chimay s’est inscrite en 2002 dans le projet PALME (Programme d’Actions Locales pour la Maîtrise de l’Énergie).
La situation de départ de la Ville était celle de la majorité des communes wallonnes : aucun suivi réel des consommations des bâtiments n’était assuré. La démarche de travail adoptée est présentée dans les lignes qui suivent.
Sur les traces de la facturation
Il a donc fallu commencer par mettre en place un suivi de la facturation pour les quelques 30 bâtiments présentant ensemble une consommation de 280 000 litres de fuel et 335 000 kWh d’électricité par an.
Une base de données Access a été réalisée dans laquelle les factures relatives aux consommations de gaz, fuel, électricité et eau sont encodées. De quoi établir un état annuel des dépenses relatif à chaque bâtiment. Et pointer le cas échéant quelques anomalies comptables : facture rentrée deux fois ou affectée à un mauvais bâtiment, compteur supprimé dont on continue à payer la redevance, compteur en double emploi ou inutile….
À Chimay, les factures énergie des trois dernières années ont ainsi été encodées pour évaluer l’évolution dans le temps des coûts financiers.
Pas question d’imposer une comptabilité énergétique en bonne et due forme pour chaque bâtiment. Cela nécessiterait un fastidieux relevé mensuel de chaque compteur. La consommation réduite d’une grande partie des bâtiments peut se satisfaire d’un simple suivi annuel. Seuls les gros consommateurs méritent une vigilance mensuelle. Encore faut-il pouvoir assurer ce relevé mensuel de chaque compteur ce qui peut s’avérer problématique quand la citerne à mazout ne dispose pas de jauge.
À l’affût des anomalies flagrantes
Dans un second temps, il a fallu réaliser un état des lieux des bâtiments, afin de disposer d’une première base de travail. Une fiche signalétique est établie pour chacun des bâtiments reprenant toute une série de renseignements et caractéristiques : localisation, type d’affectation, nombre d’occupants, horaire d’occupation, vecteurs énergétiques, caractéristiques des installations de chauffage (type et année de construction de la chaudière et du brûleur, type de régulation et de distribution, nombre de radiateurs et vannes thermostatiques, état général), caractéristiques des installations de production d’eau chaude, heures de programmation des périodes de chauffe, mode d’isolation, dimensions du bâtiment….
Une étape importante qui justifie une visite de terrain minutieuse. De quoi repérer des anomalies immédiatement corrigibles : un thermostat resté à l’heure d’hiver ou bien décalé par rapport aux jours de la semaine, une programmation qui ne correspond plus à la nouvelle affectation des lieux, une température d’eau trop élevée, une sonde cachée derrière un porte-manteau, un matelas d’isolant non replacé après une intervention dans les combles….
Chaque fiche signalétique permettra également de garder une trace des interventions menées, des changements d’affectation ou d’occupation….
Un cadastre énergétique des bâtiments
Un cadastre énergétique des bâtiments est ensuite établi. Il classifie les bâtiments selon un indice E correspondant à leur efficacité énergétique calculée sur base des consommations d’énergie et des caractéristiques dimensionnelles du bâtiment.
En pondérant cet indice par la consommation de chauffage, on identifie clairement les bâtiments prioritaires en termes d’interventions, ceux dont le potentiel d’économie est le plus important.
Pour des bâtiments complexes et gros consommateurs, l’audit énergétique est toujours un exercice rentable qui permet d’évaluer les points faibles aussi bien au niveau de l’enveloppe que des équipements.
Les améliorations possibles sont présentées dans un rapport précisant les coûts d’investissement et temps de retour respectifs de chacune des actions proposées.
À Chimay, un audit a notamment été réalisé pour la piscine communale et sert aujourd’hui de fil conducteur pour la Direction dans sa démarche de rénovation et d’amélioration du bâtiment et des équipements.
Plan d’actions et d’investissements
À partir des outils désormais à disposition – état des lieux, suivi comptable, cadastre énergétique -, il reste à se donner une ligne de conduite des actions que l’on souhaite réaliser en fonction des priorités dégagées.
Ce plan d’action comprend aussi bien des démarches techniques que de sensibilisation et/ou d’information sur l’énergie ou sur le fonctionnement de tel ou tel équipement. Un plan d’action qu’il s’agira de faire cadrer avec un budget communal où il lui faudra cohabiter avec une multitude d’autres postes.
C’est souvent là que l’intervention du coordinateur PALME ou du Responsable Énergie prend toute son importance. À lui de présenter un bon dossier qui démontrera l’intérêt et la pertinence de l’action auprès des décideurs. Bien évaluer les dépenses pour chacune des actions, estimer le temps de retour des investissements sur base des économies générées et l’éventuel impact positif sur le confort des occupants. Sans oublier la quantité de CO2 économisée histoire de contribuer aussi à la réduction de l’effet de serre.
Bref, réaliser des économies d’énergie à travers la mise en place d’une bonne gestion énergétique de ses bâtiments n’est pas tant une question de moyens financiers que de capacité à bien structurer sa démarche et à s’équiper des outils de base pour évaluer et planifier les actions URE.
Sur base d’une analyse des résultats engrangés par ces analyses, une liste des bâtiments communaux les plus énergivores a été établie. En 2008-2009, des audits énergétiques ont été réalisés pour ceux-ci. Finalement, entre 2010 et 2013, une campagne d’investissements d’amélioration de la performance énergétique de ces bâtiments a été réalisée avec l’aide de subsides européens (fonds FEDER).
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD en 2004, et a été mise à jour suite à un contact avec le service Patrimoine & Logement de la ville de Chimay en 2016.
Le Centre Hospitalier Universitaire de Charleroi a dernièrement renouvelé son parc de chariots-repas qui devenait vétuste après 15 à 20 années de loyaux services dans l’institution. Ce fut également l’opportunité d’uniformiser la flotte des chariots-repas des quelques hôpitaux du groupe ISPPC afin de faciliter l’entretien et la logistique de transport des chariots à partir de la cuisine centrale.
Un mot sur la liaison froide du CHU
L’ensemble des repas destinés aux institutions regroupées au sein de l’ISPPC est préparé à Marchienne dans une cuisine centrale. En liaison froide, l’objectif est de maintenir les repas à basse température de l’ordre de 6°C après leur préparation. Dès lors, les étapes de stockage, de portionnement et de transport doivent être suivies avec rigueur afin de respecter les normes fixées et de conserver une alimentation saine.
La technologie des chariots-repas
Les chariots-repas ont un double rôle : assurer une remise en température rapide des repas juste avant leur distribution et, au préalable, garder les plateaux repas en-dessous de la température de consigne de conservation. Le système de chariots pour lequel l’ISPPC a opté est dénommé « sans technique embarquée » c’est-à-dire que les générateurs de froid et de chaud ne sont pas incorporés au chariot en tant que tel. Pour que le chariot-repas puisse jouer son rôle, il doit être branché sur une borne technique ad hoc qui l’alimente alors en froid et/ou chaud. De telles bornes sont situées à chaque étage de l’hôpital.
Lors du transport entre la cuisine centrale et le CHU, les chariots sont véhiculés dans un camion réfrigéré. Dès leur déchargement, ils sont acheminés aux différents étages où on les branche sur les bornes fixes qui les alimenteront en froid dans un premier et en chaud au moment de la remise en température avant distribution.
Pourquoi une gestion de la pointe quart-horaire ?
L’intérêt particulier de cette réalisation réside dans la mise en place du système de gestion de la pointe de puissance cumulée des bornes des chariots-repas.
En effet, sans aucune gestion de l’appel de puissance des chariots, une simultanéité des besoins de l’ensemble des chariots pour la remise en température des repas occasionnerait une pointe importante. Le CHU se verrait lourdement pénaliser financièrement par son fournisseur d’électricité pour cette pointe quart-horaire élevée. Nous parlons donc bien ici d’une économie financière et non pas d’une Utilisation Rationnelle de l’Énergie en tant que tel.
Pour ce faire, un optimiseur analyse en permanence les appels de puissance de l’ensemble des chariots du site et en fonction de contraintes programmées gère les cycles de remise en température afin de ne pas dépasser une puissance limite définie.
Qu’est-ce que la pointe quart-horaire ?
Dans la tarification Haute Tension, le distributeur souhaite rémunérer l’investissement matériel qu’il a consenti pour fournir à son client l’énergie demandée. Le client A qui consomme 1 000 kWh, à raison de 1 000 kW durant 1 heure, sera plus difficile à satisfaire que le client B qui consomme 1 000 kWh à raison d’1 kW durant 1 000 heures.
Le distributeur va donc mesurer la puissance maximale appelée par l’installation durant le mois de facturation, pour lui en imputer le coût.
Le compteur va enregistrer les consommations tous les 1/4 d’heures. En divisant l’énergie consommée par le temps écoulé (15 minutes), il va déterminer la puissance moyenne appelée durant ce 1/4 d’heure. C’est le maximum de ces puissances moyennes qui servira de base à la facturation. Donc plus cette pointe sera élevée et plus la facture sera salée d’où l’importance de maîtriser les pointes d’appel de puissance simultanées soit via la technique du délestage soit via l’optimisation.
En détail
Les chariots-repas du CHU
Nombre de chariots : 39
Capacité : 50 repas par chariot
Puissance électrique de la borne : 10 kW
Durée de régénération (de 4°C à 70°C à cœur) : +/- 50 minutes
Quelques chiffres
Consommation électrique annuelle : +/- 8 GWh
Facture électrique annuelle : +/- 500 000 €
Pointe mensuelle facturée : 1 300 kW
Investissement système de gestion de la pointe pour les chariots : 43 650 € TVAC
Économie financière annuelle : 19 000 € TVAC
Informations complémentaires
Dominique TESSE
Directeur Technique
ISPPC
Tél : 071/924 460
Email : dominique.tesse@chu-charleroi.be Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Actuellement (début 2016) la fourniture urbaine de chaleur à Charleroi est en pleine négociation entre le fournisseur et les clients.
Bien que la présente étude de cas soit relativement ancienne, elle montre l’efficacité de la comptabilité énergétique pour détecter et corriger très rapidement toutes formes de dysfonctionnements. Toutes les conclusions restent valables.
Situation initiale
Situation initiale, établie en mars 94 :
Les consommations du collège sont inventoriées de mois en mois, depuis 1991, sur un tableau manuel, mais ne sont pas analysées.
En mars 1994, l’économe se rend compte que son budget 1994, pour les consommations de chauffage, est très largement entamé !
Un rapide coup d’œil sur le tableau dont il dispose le fait littéralement paniquer : il semble bien qu’il n’y ait pas d’erreur comptable, mais bel et bien une dérive des consommations…
Les informations utiles dont il dispose sont les suivantes :
surface chauffée : 8 340 m2
nombre d’élèves : 1 600 externes
nombre de religieux résidents : 20
occupation : constante depuis 10 ans à des fins scolaires uniquement
repas fournis en externat : 200 repas par jour
système : chauffage urbain (alimentation en eau surchauffée)
schéma hydraulique : inconnu
schéma de régulation : inconnu
usages de l’énergie : chauffage et eau chaude sanitaire
comptage : voir factures SOCAGETH
Tableau des consommations brutes :
Ce tableau exprime les consommations enregistrées à partir des factures mensuelles de la SOCAGETH (Chauffage urbain).
1992
cons.
(en GJ)
1993
cons.
(en GJ)
1994
cons.
(en GJ)
01/92
871
01/93
764
01/94
1286
02/92
668
02/93
913
02/94
951
03/92
503
03/93
658
03/94
783
04/92
290
04/93
409
04/94
…
05/92
107
05/93
155
06/92
50
06/93
94
07/92
4
07/93
105
08/92
23
08/93
84
09/92
117
09/93
116
10/92
449
10/93
630
11/92
716
11/93
1 003
12/92
1 014
12/93
669
Total
4 812
Total
5 600
Ce tableau n’est guère facile à interpréter… Notamment, on ne perçoit pas si la dérive des consommations en 93 et 94 est due à des variations climatiques ou non ?
Pour pouvoir normaliser ces consommations, il faut en extraire les consommations qui ne sont pas imputées au chauffage (on aperçoit bien des consommations en été…)
Estimation des consommations pour l’eau chaude sanitaire
Le chauffage urbain est utilisé pour le chauffage des locaux et pour la production d’ECS de l’école, soit
les besoins privés de la Communauté des Pères,
les douches de l’école,
les repas (cuisine collective) de l’école.
À défaut d’un comptage spécifique de ces besoins, ils sont estimés à partir de statistiques de consommations.
Des consommations brutes, on retirera donc 23 GJ/mois entre septembre et juin, et 6 GJ/mois en juillet et août.
On en déduit un nouveau tableau des consommations brutes, hors eau chaude sanitaire :
1992
cons.
(en GJ)
1993
cons.
(en GJ)
1994
cons.
(en GJ)
01/92
848
01/93
741
01/94
1 263
02/92
645
02/93
890
02/94
928
03/92
480
03/93
635
03/94
760
04/92
267
04/93
386
04/94
…
05/92
84
05/93
132
–
–
06/92
27
06/93
71
–
–
07/92
0
07/93
99
–
–
08/92
17
08/93
78
–
–
09/92
94
09/93
93
–
–
10/92
426
10/93
607
–
–
11/92
693
11/93
980
–
–
12/92
991
12/93
646
–
–
Total
4 570
Total
5 358
–
–
Reste une consommation d’été trop élevée, particulièrement en 93 …
La comptabilité énergétique ne fournit pas d’interprétation : elle tire le signal d’alarme et suggère une analyse plus détaillée sur place
rendement désastreux de la production d’eau chaude sanitaire ?
arrêt réel du système de chauffage l’été ?
précision suffisante du compteur d’eau surchauffée pour les petits débits ?
… ou simplement un stage sportif organisé dans l’école en été ?
Une réponse à ces questions permettrait d’être plus précis dans le montant à retirer des consommations brutes d’hiver (si l’ECS est très coûteuse en été, elle l’est aussi en hiver…).
Normalisation des consommations
Il faut à présent neutraliser l’effet du climat pour rendre la comparaison possible d’une année à l’autre et repérer l’importance des dérives. Dans ce but, on indique les degrés-jours correspondant à chaque mois de la saison de chauffe.
L’ATIC calcule les degrés-jours correspondant à la saison de chauffe, sur base des données de l’IRM.
Année
consom. brutes
(en GJ)
DJ du lieu
DJN du lieu
Consom. Normalisées (en GJ)
1992
4 570
2 109
2 290
4 962
1993
5 358
2 090
2 290
5 573
On voit que la consommation de 1993 est bien supérieure à celle de 1992, tant en consommation brute qu’en consommation normalisée.
On remarque aussi que les hivers cléments de 1992 et 1993 ont allégé le poids de cette consommation par rapport à ce qu’elle aurait été si le climat avait été « normal ».
Comparaison au ratio du secteur
Comparons les consommations 1992 et 1993 au ratio établi en région wallonne pour les écoles (statistiques Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable) de 15 à 20 l mazout/m² an (soit 0,54 GJ à 0,72 GJ/m2.an).
Le Collège du Sacré-Cœur se trouve dans la norme pour 1992 et à la limite haute de la norme pour 1993. Cette norme est une moyenne établie sur un échantillon représentatif d’écoles situées en Wallonie (hors internats). Les écoles de l’enseignement libre se situant davantage à la limite basse et les écoles de l’enseignement officiel… à la limite haute.
Signature énergétique
La dispersion des points autour de la droite de régression reste faible surtout en 1993. Les pentes restent parallèles (même sensibilité aux variations climatiques) mais décalées vers le haut (consommation fixe permanente ?)
De plus, en 1993, on voit apparaître des consommations à 0 degré jour. Après enquête, il est apparu que la circulation de l’eau dans les boucles primaires de l’installation de chauffage n’a pas été arrêtée durant l’été 1993, alors qu’en 1992 cela avait été fait.
Les premières observations de 1994 montrent une nette dérive de la consommation (problème de régulation?). On peut imaginer quelle serait la signature énergétique si la consommation d’avril à décembre suivait la même tendance !
Attention, l’importante consommation de Janvier 94 par rapport à décembre 93 peut correspondre à un simple report, en janvier 1994, de consommations de décembre 1993. Ici se pose donc la question de la périodicité des relevés de consommation.
Conclusions
Cet exemple montre l’intérêt
d’assurer des relevés de consommation mensuels, indépendamment du fournisseur (maîtrise de la périodicité des relevés, contrôle),
d’affiner la connaissance des besoins par usage de l’énergie (besoins nécessaires à l’ECS, notamment),
d’affiner la connaissance des installations et équipements (fichiers et plans descriptifs), afin de permettre une bonne interprétation des phénomènes détectés.
Plus globalement dans ce bâtiment, la question de la production d’ECS par le système de chauffage central doit être posée : cette situation n’autorise pas l’arrêt pur et simple de l’installation en période estivale (prix du GJ utile !). Pour la communauté religieuse, une solution par une production d’eau chaude décentralisée devrait être trouvée. On vérifiera également que le circuit de chauffage de la communauté est totalement distinct de celui de l’école, afin de permettre les coupures de nuit et de week-end.
Depuis lors, la situation a-t-elle été mise sous contrôle ?
D’autres contrôles de la comptabilité énergétique ont-t-ils été effectués ?
Attention !!! La société SOCAGETH semble vouloir mettre fin à ses contrats de fourniture de chaleur !
Les Moulins de Beez sont d’anciens bâtiments industriels situés en bord de Meuse dans la périphérie namuroise. L’objectif premier de la Région wallonne fut de préserver et de mettre en valeur ce patrimoine architectural. Elle entreprit donc leur rénovation pour y abriter les archives régionales, un cabinet ministériel et un musée.
Dans un premier temps, la conception de l’installation électrique fut confiée à un bureau d’études. C’est à ce moment que Claude Rappe, fonctionnaire au sein du Département de l’Énergie et du Bâtiment Durable de la DGO4, intervient. Il passe le projet à la moulinette, celui-ci en ressort avec un « label URE ».
Le résultat fut une installation électrique conçue suivant deux principes :
d’abord le choix d’un matériel à haute efficacité énergétique. En éclairage, il s’agit de lampes performantes, de ballasts électroniqueset d’optiques à haut rendement,
Concrètement, le choix d’équipements à haut rendement a permis de diminuer le nombre d’appareils et par là, les investissements de départ. Il fut alors possible, tout en respectant une enveloppe budgétaire donnée, de consacrer les sommes dégagées à des outils de gestion performants (automate programmable, dimming, comptage, ….). Ceux-ci ont contribué à la rationalisation des consommations électriques mais aussi à l’amélioration du confort des occupants et des gestionnaires du bâtiment.
Équipement des bureaux
Les bureaux sont équipés de 412 luminaires de 2 tubes fluorescents de 36 W. Les ballasts conventionnels prévus furent remplacés par des ballasts électroniques. Il en résulte un gain d’énergie de 20 % et une augmentation de la durée de vie des lampes de 100 %.
Au départ, Cl. Rappe envisagea aussi la possibilité de gérer les rangées de luminaires les plus proches des fenêtres (soit 206 luminaires) en fonction de l’apport en éclairage naturel. Ceci impliquait que chaque luminaire soit équipé d’un ballast électronique dimmable et d’une cellule mesurant le niveau d’éclairement sous le luminaire. La puissance des lampes aurait ainsi pu varier automatiquement en fonction de l’apport en éclairage naturel. Les locaux profitant peu des apports en éclairage naturel, l’économie estimée n’était que de 22 % sur la consommation des 206 luminaires. Le surinvestissement à consentir (environ 40 €/luminaire) par rapport aux simples ballasts électroniques fut estimé trop important par rapport à l’économie réalisable.
Une troisième modification fut le remplacement du câblage traditionnel par des connecteurs rapides et des câbles souples de type Wieland. Ceci permet une économie importante de tubage et de main d’œuvre.
Amélioration
Gains énergétiques
Investissements
Ballasts électroniques
1050 €/an
9 000 €
Dimming (non réalisé)
475 €/an
8 250 €
Câblage
– 9 025 €
Équipement des couloirs et de la salle de lecture
La puissance initialement prévue dans les couloirs était semblable à la puissance installée dans les bureaux, soit 10 W/m². Or les besoins en éclairement sont nettement moindres (de 60 à 80 %). Pour éviter ce surdimensionnement et conserver un éclairement uniforme, l’installation est équipée de ballasts électroniques dimmables réglés de façon centralisée pour fournir un niveau d’éclairement de 100 à 200 lux. On peut tabler ainsi sur une diminution de la puissance en fonctionnement de 40 % par rapport au fonctionnement d’origine.
Un principe identique est prévu dans la salle de lecture. Ici l’objectif est plus le confort que l’économie d’énergie. Les ballasts électroniques dimmables permettront l’adaptation des niveaux d’éclairement en fonction des réactions des usagers.
Améliorations
Gains énergétiques
Investissements
95 Ballasts électroniques dimmables
2450 €/an
2650 €
Câblage et commande
–
4600 €
Total
2450 €/an
7250 €
Équipement des archives
À l’origine, il était prévu d’éclairer les salles des archives en continu de 8 h 30 à 16 h 30. Or celles-ci ont une occupation totalement aléatoire. Pour éviter un éclairage permanent, les différentes salles furent équipées de 3 détecteurs de présence. Dans chaque salle, il est prévu, pour la circulation, le maintien en fonctionnement continu de 3 luminaires, dans le voisinage des portes d’accès. Il est prévu par ce mode de gestion de réduire de 90 % le temps de fonctionnement des autres luminaires, par rapport à un fonctionnement continu. De plus pour éviter la diminution de durée de vie des lampes fluorescentes avec l’augmentation du nombre d’allumages, les luminaires sont équipés de ballasts électroniques.
Améliorations
Gains énergétiques
Investissements
94 Ballasts électroniques
100 €/an
2 050€
21 Détecteurs de présence et câblage
950 €/an
4 850 €
Total
1 050 €/an
6 900 €
Gestion centralisée
Dans un immeuble de bureaux de plusieurs centaines d’employés, il est habituel que certains appareils électriques restent en fonctionnement en dehors des heures d’occupation. Pour éviter cela, un ensemble d’automates peut jouer le rôle de concierge automatique en effectuant les extinctions des appareils électriques restés allumés.
Le principe général de la gestion des installations électriques repose sur une gestion horaire des équipements avec des possibilités de relance temporisées en dehors des horaires d’occupation normaux.
Automate principal disposé dans le TGBT et automate secondaire disposé dans le tableau électrique d’étage.
Chaque automate agit sur des contacteurs placés sur les circuits principaux. Les contacteurs utilisés sont toujours à sécurité positive. Ceci signifie que leur position de fonctionnement normal est la position fermée. Ce qui permet à l’installation de fonctionner même en cas de panne des automates.
De même, afin d’éviter les inconvénients liés aux remises à l’heure des horloges (changement d’heure, dérives, dérèglement suite au déclenchement d’un disjoncteur de protection) l’automate possède un récepteur des tops horaires de l’émetteur de Francfort.
L’utilisation d’un logiciel de supervision permet la programmation et le suivi de la gestion en un langage convivial. Il est ainsi possible de modifier très rapidement les plages horaires et de contrôler le bon fonctionnement de l’installation. Cette supervision peut se faire localement par un simple branchement au niveau des sorties data réparties un peu partout dans les bâtiments, mais aussi, et surtout, depuis les bâtiments de la DGTRE et du MET. On peut ainsi surveiller le bon fonctionnement des automatismes et y déroger si nécessaire.
Compteurs disposés dans le TGBT.
L’installation électrique est également pourvue de 4 compteurs (sur le général, sur l’installation d’HVAC, sur la cuisine, sur l’éclairage et les prises) dont les données sont rapatriées vers l’automate. On peut ainsi dans un premier temps comparer les consommations réelles aux prévisions de consommation, comparer ce bâtiment aux autres bâtiments de la Région, surveiller les dérives éventuelles et adapter les paramètres des installations. L’enregistrement des courbes de charge des divers équipements permettra aussi d’optimaliser la programmation des horaires de fonctionnement en les adaptant au plus juste à l’occupation des locaux.
Logiciel de supervision des installations électriques.
Gestion des bureaux
L’éclairage des bureaux est commandé via des contacteurs. Le matin, l’automate ferme ceux-ci. À partir de ce moment, l’éclairage peut être allumé via les interrupteurs locaux. Le soir, l’automate ouvre les contacteurs et coupe ainsi les équipements encore allumés. L’extinction des luminaires n’est pas immédiatement totale. Il y a tout d’abord un préavis d’extinction: le premier signal éteint uniquement les rangées de luminaires côté façade. Après un temps réglable, un deuxième signal éteint la deuxième rangée. Après chaque extinction, il est possible pour l’utilisateur de relancer complètement l’installation à partir d’un bouton poussoir situé dans le couloir. Il dispose alors d’un temps d’éclairage complet réglable avant que le cycle d’extinction ne recommence.
Interrupteurs dans chaque bureau.
Contacteurs commandés par l’automate et les boutons relance « bureau ».
Gestion des couloirs
Le dimming des luminaires se fait au départ de l’automate. Ce réglage après installation permet de supprimer le surdimensionnement inévitable de l’installation et d’adapter le flux lumineux aux besoins.
La gestion horaire des couloirs s’effectue comme ceci : le matin, la première personne arrivant peut allumer en utilisant n’importe quel bouton poussoir du couloir. Si personne ne réappuie sur un de ces boutons, l’éclairage reste allumé jusqu’au premier avis d’extinction.
Le soir, l’automate donne l’ordre de couper deux luminaires sur trois. À partir de ce moment utiliser les boutons poussoirs n’aura plus qu’une action sur les luminaires encore connectés. Cet éclairage réduit est nécessaire au personnel d’entretien.
Boutons de relance « bureaux » et « couloir ».
Il existe cependant un bouton unique « relance couloir » qui permet une relance temporisée des luminaires éteints.
Plus tard dans la soirée, un second avis d’extinction est envoyé par l’automate pour couper tous les luminaires. L’utilisation des boutons poussoirs normaux ou du bouton « relance couloir » permettra la relance temporisée de l’entièreté des luminaires.
Principe de fonctionnement.
En appuyant sur un bouton poussoir (2), on ferme le contact (3) du télérupteur. Tous les luminaires s’allument. Si on réappuie sur un bouton poussoir, le contact du télérupteur s’ouvre et tout s’éteint.
L’automate envoie un premier avis d’extinction et ouvre le contacteur (4). Deux luminaires sur trois s’éteignent. Le bouton poussoir « relance couloir » permet de les rallumer en refermant le contacteur. Si le contacteur est ouvert, utiliser un des boutons poussoirs normaux n’aura plus qu’une action sur un tiers des luminaires.
L’automate ouvre le contact du télérupteur en actionnant le contact (1). Tout s’éteint.
Si on appuie pendant la nuit sur un des boutons poussoirs, on obtient une heure d’éclairage avant que l’automate ne commande à nouveau l’ouverture du contact du télérupteur.
Supervision de l’éclairage des couloirs.
Gestion des sanitaires, des archives et de l’éclairage extérieur
Éclairage des façades extérieures.
La puissance installée dans les sanitaires est tellement faible que l’éclairage peut y rester permanent durant les heures d’occupation. Ils ne possèdent pas d’interrupteur. En dehors des horaires normaux, la relance temporisée se fait par bouton poussoir.
Dans les archives, les luminaires non commandés par les détecteurs de présence sont aussi raccordés à l’automate qui commande la permission d’allumage et l’extinction suivant son horaire. Une dérogation sur l’entièreté des luminaires est possible par un bouton poussoir.
L’éclairage extérieur est commandé par via l’horloge de l’automate et un interrupteur crépusculaire.
Bilan financier
Investissements
Amélioration de l’efficacité des appareils d’éclairage
24 675 €
Automates et supervision
101 000 €
Total :
125 675 €
Économie prévue
Économie électrique
150 000 kWh/an
Ballasts électroniques
2075 €/an
Gestion horaire et dimming
9175 €/an
Économie totale
11 250 €/an
L’économie prévue comprend la diminution des consommations et de la pointe quart horaire.
L’investissement des automates programmables est important par rapport aux économies d’énergie que l’on en retire. Cependant, ce système de supervision et de gestion améliore le suivi et la gestion technique des bâtiments. La supervision offrira un contrôle centralisé des installations électriques et générera les alarmes de fonctionnement.
Elle permet un contrôle des consommations énergétiques par l’enregistrement permanent des données. Elle offre un système de commande local plus souple et plus automatisé.
De plus, la diminution des heures de fonctionnement augmente la durée de vie du matériel et une diminution des coûts de maintenance.
Remarquons en outre que l’intervention dès le début des cahiers des charges aurait pu réduire les coûts d’installation des automates.
Application à une installation existante
Évidemment, dans un bâtiment neuf, les libertés de câblage facilitent l’installation d’une telle gestion. Cependant, appliquer les techniques utilisées dans les Moulins de Beez est également possible dans une installation existante.
Premièrement, dans les immeubles de bureaux, le relighting (rénovation de l’éclairage) est devenu courant et permet souvent de diminuer de façon importante les puissances installées et les consommations.
Ensuite, équiper une installation existante d’une gestion par automate programmable ne demande pas de modification fondamentale des réseaux électriques. Elle implique une extension des tableaux électriques des étages.
Celle-ci comprend un automate et des contacteurs, l’ensemble raccordé sur les disjoncteurs existants. Des boutons poussoirs de relance doivent être installés dans les couloirs ou les bureaux. Ceux-ci demandent un câblage vers les tableaux électriques. À défaut, il existe aussi des boutons poussoirs fonctionnant par ondes radios. Le tableau général BT accueille lui l’automate principal de supervision et les différents compteurs.
La gestion horaire de l’éclairage avec préavis d’extinction demande cependant un zonage du câblage (par exemple, dans les bureaux, chaque luminaire possède son propre circuit à partir de l’alimentation générale). En rénovation, pour contourner cet inconvénient, on peut se passer du préavis, pour autant qu’un éclairage minimum subsiste à proximité des locaux éteints. Par exemple, les couloirs peuvent rester allumés au moment où les bureaux s’éteignent. Cette technique est utilisée depuis 10 mois dans les bâtiments de la DGASS, sans plainte des utilisateurs.
Les « plaintes des occupants », voilà le risque que l’on prend lorsque l’on cherche à gérer les consommations énergétiques au plus juste. Rechercher le fifrelin d’économie supplémentaire au détriment du confort risque alors d’anéantir tous les efforts consentis. En effet, en cas de désagréments, les utilisateurs développeront des trésors d’imagination pour contrecarrer le système. Une gestion automatique ne sera donc efficace que si elle est totalement acceptée par les utilisateurs ou si elle est imperceptible. Suivant cette philosophie, Cl.Rappe modifie les paramètres de gestion en fonction du comportement des occupants. Par exemple grâce à l’enregistrement des courbes de charge, les horaires d’occupation peuvent être adaptés diminuant de façon importante le risque de voir des gens surpris par l’extinction automatique des luminaires.
L’école, située dans une zone suburbaine, se compose de 4 bâtiments de 2 niveaux, pour une surface totale de 9 350 m2 :
l’aile A réunit le réfectoire et la cuisine, ainsi que des bureaux.
l’aile B contient principalement des classes.
l’aile C réunit principalement des salles de travail.
l’aile D abrite la salle de sports.
Les bâtiments datent de 1968. Ils ont été partiellement rénovés en 1989 (nouvelles fenêtres) et en 1991 (amélioration de l’isolation thermique). Une nouvelle rénovation a eu lieu en 2000.
Nous nous intéresserons ici particulièrement à l’aile B, d’une surface de 3 672 m². Elle était équipée d’un système de ventilation double flux qui a été remplacé, lors de cette dernière rénovation, par un système de ventilation hybride : une ventilation naturelle avec cheminée solaire, mais assistance d’un ventilateur lorsque nécessaire.
Les caractéristiques thermiques actuelles du bâtiment B :
toiture : 0,12 W/m2K
fenêtres double vitrage : U = 1,76 W/m2K
Murs extérieurs : 0,47 W/m2K
Le système de ventilation
Schéma de fonctionnement de la ventilation hybride dans les classes.
Les classes sont ventilées avec de l’air extérieur. Il est introduit par des grilles en façade (3 ou 4 par classe), et réchauffé dans des conduits circulant au-dessus des convecteurs, avant d’être libéré dans le local. Les grilles de façade sont dessinées et équipées pour éviter l’intrusion de pluie, neige, insectes, etc. Elles peuvent, ainsi que les conduites d’air, être nettoyées facilement manuellement. Les occupants peuvent ouvrir une partie des fenêtres.
Cette ventilation avec de l’air extérieur non filtré est possible grâce à l’environnement suburbain de l’école, sans bruit ou pollution significative.
Convecteur par où l’air est introduit dans les classes. (Photo Christer Nordström).
L’air est extrait naturellement par des cheminées solaires de 6 m de haut : un vitrage au pied de la souche de cheminée réchauffe l’air extrait ce qui favorise l’effet d’aspiration. Lorsque les conditions extérieures ne sont pas favorables et que le débit d’air extrait naturellement n’est pas suffisant, un ventilateur à fréquence variable permet de compenser.
Photo de la cheminée solaire (photo Christer Nordström) et section transversale.
Il y a une cheminée pour plusieurs classes réparties sur deux niveaux. Lorsque le ventilateur ne fonctionne pas, il est by-passé pour limiter la perte de charge de l’air extrait. Pour obtenir un effet d’aspiration identique aux deux étages, la section d’extraction d’air des classes du premier étage est inférieure à celle des classes du rez-de-chaussée.
Pour éviter les surchauffes, l’éclairage artificiel, de puissance limitée (13 W/m² dans les classes, 8 W/m² dans les couloirs) est géré automatiquement par des détecteurs de présence. Des protections solaires sont prévues mais n’ont pas encore été placées. De plus, un free cooling de nuit peut être organisé en été.
La régulation du système
Les registres d’entrée et d’extraction d’air de chaque classe sont gérés automatiquement en fonction d’une sonde CO2. Ils commencent à s’ouvrir lorsque la concentration de CO2 dépasse 1 000 ppm, et sont complètement ouverts au-delà de 1 500 ppm. Le professeur a toujours la possibilité de déroger au mode automatique et d’ouvrir ou de fermer manuellement les registres dans une plage de 50 à 100 % d’ouverture. Pour l’aider dans cette gestion manuelle, une lampe rouge s’allume dans la classe si le niveau de CO2 dépasse 1 000 ppm.
Le tirage des cheminées est aussi régulé automatiquement en fonction de la différence de température mesurée entre le pied de la souche de cheminée et l’extérieur. Si elle n’est pas suffisante, le ventilateur démarre et le registre du by-pass est fermé.
Une ventilation nocturne est aussi organisée automatiquement en été lorsque la température intérieure dépasse une valeur de consigne.
Les convecteurs sont contrôlés par des vannes thermostatiques.
Le confort
Le confort des classes ventilées naturellement a été évalué par des mesures (température, vitesse d’air, concentration de CO2…) et par des questionnaires remis aux occupants avant et après rénovation.
Le confort thermique
La température intérieure mesurée pendant un an dans les six classes ventilées naturellement varie entre 20 et 24°C, avec quelques pointes au-dessus de 24°C lorsque la température extérieure est supérieure à 25°C.
L’interrogation des occupants a montré une amélioration du confort, principalement le matin où la température était parfois trop basse, mais une augmentation des courants d’air. Ils apparaissent les jours ensoleillés et froids d’hiver, lorsque les registres sont totalement ouverts pour répondre aux besoins d’une classe remplie.
La qualité de l’air
La concentration de CO2 est la plupart du temps autour de 1 000 ppm ou en dessous. Elle ne dépasse ce niveau que pour de courtes périodes, et est très rarement au-dessus de 1 500 ppm. D’autre part, le pourcentage d’élèves « souvent gênés par une mauvaise qualité de l’air » a baissé de 25 % avant la rénovation à 16 % après la rénovation.
L’acoustique
La qualité acoustique des bâtiments est jugée comme relativement bonne par les occupants. On note néanmoins une légère augmentation du pourcentage d’occupants « souvent gênés par le bruit » : de 1 % avant rénovation à 5 %. L’amélioration de l’atténuation des bruits extérieurs ne devrait pas être difficile puisqu’il n’y a pour le moment aucun absorbeur de bruit dans les grilles d’entrée d’air des façades.
La gestion
Les membres du personnel apprécient que la ventilation puisse être gérée manuellement, ce qu’ils font souvent.
Les économies d’énergie
Consommation de chauffage
Voici les chiffres de consommation annuelle de chauffage normalisée en kWh/m² :
Avant rénovation
Prédictions
Mesures après rénovation
85
59
90 …58
Ces deux derniers chiffres appellent à commentaire. La consommation mesurée la première année est supérieure à ce qu’elle sera pendant la vie du bâtiment. En effet, pendant cette première année d’occupation, une ventilation non négligeable est organisée pendant la nuit et les week-ends pour sécher le bâtiment (ouverture complète des registres pendant 10 minutes toutes les heures). Selon les calculs réalisés, une consommation normalisée de 58 kWh/m² devrait être atteinte ensuite.
La réduction des consommations atteinte sera alors de 30 %.
Consommation électrique des ventilateurs
voici les chiffres de consommation annuelle d’électricité pour la ventilation en kWh/m² :
Avant rénovation
Prédictions
Mesures après rénovation
22
17
10
La réduction des consommations atteinte est de 55 %.
Notons que la consommation des ventilateurs du bâtiment B reprend non seulement les ventilateurs des cheminées solaires, mais également les ventilateurs d’un système traditionnel qui ventile les salles de repos, ce qui représente une consommation annuelle de 9,5 kWh/m². Si on ne regarde que les classes équipées maintenant d’un système de ventilation hybride, la consommation des ventilateurs est donc passée de 12,5 à 0,5 kWh/², soit une économie de 96 % !
Rentabilité
Le prix d’investissement et les économies d’énergie réalisées sur le chauffage grâce au système de ventilation hybride utilisé sont du même ordre de grandeur que ceux qui résulteraient du choix d’un système de ventilation traditionnel double flux avec récupérateur de chaleur et simple gestion horaire. Par contre ce système permet une économie conséquente sur les consommations électriques des ventilateurs.
De plus, le système prévu ici peut être géré manuellement, et est plus silencieux qu’une ventilation mécanique. Par contre, le risque de bruits dus à l’environnement extérieur peut représenter un problème.
Le temps de retour calculé sur l’ensemble des investissements est de l’ordre de 17 ans. Mais ce calcul ne tient pas compte du fait qu’un renouvellement était de toute façon nécessaire à cause de la vétusté du matériel, ni de l’amélioration du confort.
Les améliorations à envisager
Pour diminuer encore les consommations …
Un timer devrait être intégré pour limiter la durée de la dérogation manuelle.
Pour améliorer le confort …
Un meilleure adéquation entre la régulation des convecteurs et la température de l’air extérieur introduit dans la classe devrait être mise en place afin d’éviter les courants d’air ponctuels. À terme, il serait souhaitable que la ventilation ne soit pas gérée uniquement en fonction du taux de CO2 mais également en fonction de la température ambiante.
Enfin, des absorbeurs de bruit devraient être intégrés dans les grilles de prise d’air, surtout pour les classes orientées vers la route.
Conclusion
L’expérience de l’école Tanga montre qu’il est possible de ventiler des classes avec un système hybride relativement simple, pour un coût comparable à celui d’un système de ventilation double flux traditionnel. Le confort est assuré et l’économie d’énergie conséquente. Le système est apprécié par les utilisateurs, particulièrement la possibilité de déroger au contrôle automatique.
Remarque : cette feuille a été rédigée sur base des 2 rapports techniques du groupe de travail de l’annexe 35 de l’AIE suivants :
« Pilot study report : Tanga – Falkenberg, Sweden » – Ake Blomsterbers, Asa Wahlstrom, Mats Sandberg, Sweden http://hybvent.civil.auc.dk/
« Technical report : Hybrid Ventilation and Control Strategies in the Annex 35 – Case Studies » – July 2002 – Soren Aggerholm from Danish Building and Urban Research, Denmark. http://hybvent.civil.auc.dk/
Une autre publication existe sur le sujet :
« Hybrid Ventilation in the Tanga School »: Asa Wahlstrom, John Rune Nielsen : actes de la conférence « Performance of Exterior Envelopes of Whole Buildings » VIII, Orlando, USA, Décembre 2-7, 2001
Des projets d’économie d’énergie pris en charge par les élèves… ça marche !
Voici quelques exemples de projets suivis par l’équipe « COREN » dans le cadre du programme d’éducation à l’environnement « Écoles pour demain ».
Le programme « écoles pour demain »
Concrètement, lorsque l’école adhère à ce programme, une classe de l’enseignement secondaire supérieur est sélectionnée.
Coren réalise avec les élèves un éco-bilan de l’école : déchets, eau, transport, énergie, …
Des projets d’amélioration sont proposés par les élèves, puis réalisés par eux tout au long de l’année.
Nous avons repris ci-dessous quelques projets « énergie »
Institut d’Enseignement Secondaire Paramédical Provincial à Mons
Le projet
En collaboration avec le service technique de l’école, les élèves, très motivés, ont mesuré la luminosité dans les classes et les corridors. Ils ont supprimé les points lumineux inutiles, ceci pour adapter l’éclairage aux besoins réels dans chaque local.
Les résultats concrets
mise en évidence de niveaux d’éclairage inappropriés dans les classes,
étude plus approfondie réalisée par un bureau technique,
rénovation progressive des luminaires permettant d’améliorer le confort visuel et de réaliser de substantielles économies d’énergie (10 400 € sur une année scolaire).
Ce qu’ils en disent
« Les éco-gestionnaires de par leurs actions, les informations dans les classes, leur participation aux portes ouvertes de l’école deviennent peu à peu indispensables à la vie de la communauté scolaire toute entière… ».
Coren
Coordonnées de contact
IESPP
Bld. Kennedy, 2a
7000 MONS
tel : 065 32 89 00
Direction : Mme Dupont-Lecomte ; Éco-gestionnaire : Mme Ruelle ; Groupes éco-gestion dans les classes de 4ème, 5ème et 6ème; Lauréat prix « EPO ».
Institut St Joseph à Visé
Le projet
Diminuer la consommation électrique de l’école, objectif atteint en utilisant ses propres ressources : la section électricité de l’école.
Après audit, l’équipe « économie d’énergie » décide d’améliorer les installations électriques dans quelques classes. Quand les élèves s’y mettent, les idées lumineuses foisonnent…
Les résultats concrets
réalisation d’affiches et de pictogrammes placés dans les classes pour rappeler aux élèves d’éteindre les lumières quand ils quittent les classes,
réalisation de schémas des installations existantes,
réalisation de schémas de nouvelles installations plus rationnelles : placement d’un interrupteur par classe et d’une lampe rouge extérieure avertissant que la lumière n’est pas éteinte,
mise en œuvre et évaluation des modifications.
Ce qu’ils en disent
« C’était chouette de tout réaliser nous-mêmes… ».
Coordonnées de contact
Institut St Joseph, implantation de l’Institut du Sacré – Cœur
Rue de la Trairie, 27
4600 Visé
Tel : 041 79 24 05
Fax : 041 79 67 66
Direction : Mr. Brandt; Éco-gestionnaires : Mr. Fiume – Mme Surlemont ; Classe de 6ème ; Lauréat prix « EPO ».
Institut Communal Enseignement Technique à Bastogne
Le projet
Sur base des connaissances acquises dans le cadre de leur enseignement technique, les élèves ont étudié et repensé une partie de l’installation électrique de l’école. Ils ont également analysé de près la facture électrique !
Il leur a fallu convaincre l’économat et le service de la Commune de Bastogne de l’intérêt de l’opération.
Les résultats concrets
installation de minuteries pour l’éclairage des vestiaires et des toilettes,
mise en place et programmation par horloge du boiler électrique alimentant les douches du vestiaire,
installation de boutons-poussoirs supplémentaires dans les couloirs,
installation de batteries de condensateurs de compensation.
Ce qu’ils en disent
« Mieux gérer le gaspillage dans l’école, améliorer les conditions de travail et la sécurité des élèves, c’est certainement la façon la plus intelligente de préparer les comportements écologiques des adultes de demain ».
Coren.
Coordonnées de contact
ICET
Rue des remparts, 57
6600 Bastogne
tel : 061 21 14 44
Direction : Mr. Flock ; Éco-gestionnaire : Mr. Lhote ; 5ème section électro-mécanique ; Label « EPO » avec mention spéciale du jury.
Pour le père Guy Lambrechts, responsable technique du bâtiment, un bon éclairage est indispensable à la bonne perception par les élèves des informations transmises par les professeurs.
De plus, il est conscient que même si les élèves peuvent s’adapter à un mauvais éclairage, c’est à terme qu’ils en subiront les conséquences.
Soucieux de la santé de ces élèves, il place le confort comme objectif principal de la rénovation. Si en plus, des économies d’énergies sont réalisées, elles seront bien sûr les bienvenues !
Le bâtiment du collège Don Bosco et l’installation d’éclairage existante
Description
Situé à Woluwe-Saint-Lambert, le bâtiment présente un plan en « T ». Dans les deux branches horizontales du T, se trouvent les classes, quelques bureaux et les cages d’escaliers. Dans la branche verticale du « T », se trouvent les locaux « annexes » tels que salles de gym, théâtre etc.
La démarche à suivre lors d’une rénovation d’éclairage est expliquée pour une aile de classes.
L’installation actuelle
Les classes
Les luminaires sont de type opalin encastrés. Ils sont intégrés dans le maillage du faux plafond constitué de dalles carrées de 60 cm en laine de roche. Il y a 4 tubes de 18 Watts (diam. : 26 mm) par luminaire et 2 ballasts électromagnétiques.
Le câblage des luminaires est intégré dans les faux plafonds.
Les interrupteurs sont alimentés par l’intérieur des cloisons en bois ou par des conduites apparentes.
Les couloirs
Les luminaires sont ronds, de type opalin. Ils sont montés en saillie sur le faux plafond.
Les lampes sont des tubes circulaires, de 1 x 22 W. Il y a 1 ballast électromagnétique par luminaire.
Le faux plafond fixe a été percé pour alimenter les luminaires.
Les luminaires sont commandés par des interrupteurs à deux directions
Utilisation des locaux et gestion de commande
Les classes
Il n’y a que des cours de jour dans le collège. Il n’y a donc pas de cours du soir pour adultes. Ces derniers, plus âgés, nécessiteraient un éclairement plus important.
Il n’y a pas d’écrans d’ordinateur dans ces classes et il n’est pas prévu d’en installer. Les tableaux sont des « tableaux verts », mats. Il n’y a pas d’éclairage propre au tableau.
Les classes, ayant des baies vitrées sur toute leur longueur, bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. L’orientation sud-est, engendre beaucoup de problèmes d’éblouissement ou de reflets. En présence de soleil, les cours se donnent tentures fermées et luminaires allumés !
Les classes sont occupées de 8 h 30 à 15 h 30, avec interruption d’1 h à midi. Après l’occupation, les locaux sont fermés à clefs, et l’éclairage est éteint. Les locaux ne restent donc en principe pas éclairés en dehors des heures de cours. Le nombre d’heures de cours est de 28 h/semaine pendant 38 semaines/an.
Les parois sont fixes et il n’est pas prévu de les modifier dans un délai proche : s’il y a changement du nombre d’élèves, il y a adaptation du mobilier de la classe plutôt que modification des cloisons.
Les couloirs
Les couloirs bénéficient de beaucoup de lumière du jour. Cette lumière suffirait amplement à partir d’une certaine heure et jusqu’à une certaine heure variant au cours des saisons. L’éclairage est allumé le matin au début des cours et ensuite il reste bien souvent allumé…
Les interrupteurs sont souvent cassés.
Évaluation du confort existant
Les classes
L’éclairement– Des mesures ont été prises au niveau des bancs, au moyen d’un luxmètre, en divers points et sans apport de lumière extérieure (tentures fermées).
L’ éclairement est en moyenne :
Sur les plans de travail : de 200 lux, variant de 140 à 240 lux.
Cette valeur est à comparer à l’éclairement moyen minimum recommandé de 300 lux pour les classes où il n’y a que des cours du jour.
Sur le tableau : de 110 lux (de 105 à 115 lux)
Cette valeur est à comparer à l’éclairement minimum moyen recommandé de 500 lux minimum.
L’indice de rendu des couleurs (IRC)– Les indications suivantes ont été relevées sur les lampes : Philips – TDL/18 W/33.
L’ I.R.C.est donc de classe 2, ce qui correspond à un rendu des couleurs compris entre 60 et 80 sur une échelle de 100, ce qui est trop faible. On recommande un I.R.C. supérieur à 80 dans les classes.
L’éblouissement – Les luminaires opalins, sans être très éblouissants, ne sont pas adaptés au travail dans les classes. On recommande plutôt des luminaires avec ventelles.
Les élèves du dernier rang ont dans leur champ de vision plusieurs rangées de luminaires, et subissent, à terme, les désagréments de l’éblouissement.
Les réflexions – Le test du miroir montre qu’il peut y avoir des reflets sur les bancs situés sous les luminaires, lorsque des surfaces brillantes sont utilisées (papier glacé par exemple). Néanmoins, ces réflexions sont dues à l’emplacement des luminaires, et vu la disposition serrée des bancs dans une classe, on ne peut échapper à ces réflexions. Au contraire, avec des luminaires opalins, ces réflexions sont moins importantes qu’avec d’autres luminaires.
La stabilité de l’éclairage – Le clignotement dû à l’utilisation de ballasts conventionnels peut aussi être source d’inconfort à long terme.
Les ombres portées– Il n’y a pas d’ombre portée sur les bancs. L’ombre provenant du corps est compensée par l’éclairage provenant de l’avant, l’ombre provenant de la main est compensée par l’éclairage provenant de l’autre côté.
Enfin, les luminaires opalins, salis par le temps, sont devenus jaunes. Ce qui laisse à désirer au niveau de l’esthétique.
Vu l’état vieillot des classes, il est prévu de les rafraîchir et dans ce contexte, il serait tout à fait inadéquat de laisser les luminaires actuels.
Les couloirs
L’éclairement – L’éclairement est en moyenne de 60 lux variant de 50 à 75 lux. Cet éclairement est à comparer à la valeur de 100 lux recommandée dans les couloirs.
Néanmoins, le couloir bénéficie pendant quasi toutes les heures de cours d’un éclairage naturel. Un éclairement de 60 lux permet de circuler et sera donc suffisant dans ces conditions.
L’indice de rendu des couleurs (IRC) – Les indications suivantes ont été relevées sur les lampes : « General Electric FC8T9 – CW Rapid Start Cool white »
Selon le catalogue, l’ I.R.C.est donc de 58, ce qui est est suffisant, puisqu’on recommande un I.R.C. compris entre 40 et 60 (classe d’IRC 3) dans les couloirs.
L’éblouissement – On recommande plutôt des luminaires à ventelles dans les circulations. Cependant, les luminaires opalins ne sont pas franchement éblouissants. De plus les couloirs ne servent qu’au passage.
Même si l’installation dans les couloirs n’est pas idéale, le manque de confort, à lui seul, n’est pas suffisant pour justifier une rénovation.
Évaluation de l’efficacité énergétique
Puissance installée
Une classe avec 2,3 ou 4 baies vitrées dispose respectivement de 2, 3 ou 4 rangées de luminaires. On peut donc calculer la puissance spécifique de n’importe quelle classe.
Une classe avec 3 baies vitrées a une largeur de 6,6 m et une profondeur de 7,7 m. Elle est éclairée par 3 rangées de 3 luminaires de 4 x 18 W.
Puissance spécifique = 3 x 3 x 4 x 21,5*/7,7 x 6,6 = 15,23 W/m²
* : consommation de la lampe avec ballast conventionnel (2 lampes par ballast).
Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m²/100 lux, soit 7,5 W/m² (pour 300 lux).
Le couloir de 36 m de long et de 2 m 50 de large est éclairé par 8 luminaires de 1 x 22 W.
Puissance spécifique = 8 x 22 x 1,2*/36 x 2,5 = 2,35 W/m²
* : tient compte de la consommation du ballast.
Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m² (pour 100 lux), (ou 1,5 W pour 60 lux).
Gestion de commande
En observant le mode d’utilisation des locaux et la présence d’éclairage naturel, nous nous sommes posé la question suivante :
« Arrive-t-il qu’un local (ou partie de local) soit éclairé inutilement ou qu’il soit éclairé au-dessus du niveau nécessaire ? »
Nous avons relevé les « disfonctionnements » suivants
Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. Les luminaires sont allumés au matin et restent parfois sous tension alors que l’éclairage naturel est suffisant.
Dans les couloirs, il n’y a pas de minuteries. L’éclairage reste donc souvent allumé inutilement pendant les heures de cours lorsque la lumière du jour suffit, ou après le nettoyage le soir.
Démarche de rénovation
Le collège dispose de son propre installateur.
La démarche a comporté deux étapes :
Des propositions d’installation sont demandées à plusieurs fabricants. Ces propositions seront accompagnées d’une étude photométrique (= étude visant à donner les isolux d’une installation, l’éclairement moyen et l’uniformité). Les différents critères à respecter seront précisés dans la demande. Ces critères concernent aussi bien les niveaux à atteindre pour l’étude photométrique que les critères de qualité du matériel. Les propositions des fabricants doivent être accompagnées de fiches techniques des luminaires ou de catalogues, ainsi que d’une remise de prix. Les études photométriques permettent de choisir la ou les installations qui conviennent au projet en question. Le dimensionnement de l’installation consiste à fixer pour un type de luminaire donné, la puissance unitaire des luminaires et l’emplacement de ceux-ci. En effet, une étude photométrique si elle est réalisée avec le même type de luminaire et avec les mêmes données de base (facteurs de réflexion, coefficient de maintenance, etc.) doit, en principe, être indépendante du fabricant qui la réalise. Seul le rendement de l’appareil du fabricant en question peut changer le résultat final. En pratique, nous avons constaté des différences entre fabricants allant jusqu’à 10 %. Les catalogues ou fiches techniques nous ont permis de repérer les marques répondant à nos critères de qualité au niveau du matériel.
Enfin, les remises de prix nous ont permis de choisir, entre ces marques ; les installations les moins chères.
Pour les installations retenues, on a demandé, à l’installateur, un prix de placement. Ce prix de placement plus le prix des luminaires ont permis de déterminer l’installation placée la moins chère. Remarque : si l’installateur avait été client de la marque retenue, il aurait été plus intéressant de lui laisser faire la demande de prix. Il aurait alors bénéficié d’un prix « bon client » et il nous aurait remis un prix « matériel + placement ». Mais ici, l’installateur avait l’habitude de travailler avec un fabricant dont le matériel ne garantissait pas tous les critères de qualité que nous exigions.
Une autre façon de procéder aurait été de lui demander le prix sans imposer de marque mais en précisant les critères de qualité que nous exigions du matériel.
Demande de prix
Étude préalable
Voici les principaux éléments de l’étude préalable
Dans les classes, les luminaires sont alimentés par les faux plafonds et l’emplacement des nouveaux luminaires n’est donc pas limité à celui de l’installation actuelle. Si les luminaires sont remplacés par un autre type de luminaire, des dalles d’un autre local seront récupérées pour combler les vides.
Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. Il serait donc intéressant de pouvoir commander les luminaires rangée par rangée.
Dans ce projet, un éclairage spécifique du tableau est doublement recommandé, car il permettra l’amélioration du confort des élèves et la compensation des reflets du soleil sur le tableau.
Sans connaître l’installation, il n’est pas possible de déterminer s’il est financièrement plus intéressant d’opter pour des luminaires avec ballast électronique ou conventionnel. Aussi avons-nous demandé une étude photométrique avec ballasts électroniques, mais les prix ont été demandés pour les 2 types de ballast.
Dans les classes où il n’y a que des cours du jour et donc uniquement de jeunes élèves, un éclairement moyen de 300 lux est suffisant. Cette valeur est la valeur minimale de l’éclairement moyen recommandé, mais elle a été jugée suffisante dans notre cas, car l’école bénéficie de beaucoup d’éclairage naturel. Si l’on tient compte d’une uniformité (Umin./Umoy.) de 0,8, l’éclairement minimal (en tous points) est de 240 lux.
La zone de travail correspond à l’ensemble de la surface du local dont on a retiré 50 cm le long des parois, sauf le long de celle avec fenêtres car les bancs sont placés contre ces parois.
Modèle de courrier aux fabricants
Monsieur,
Concerne : rénovation de l’installation d’éclairage du collège Don Bosco
Je suis chargée de la rénovation dont il est question ci-dessus.
Pourriez-vous me remettre une étude photométrique sur base de vos produits.
Dans les classes, les luminaires formant l’éclairage général seront soit de types « en saillie », soit de type « à encastrer », et dans ce cas, ils devront s’intégrer dans le maillage du faux plafond constitué de dalles carrées de 60 cm en laine de roche. La distance entre luminaires devra donc être un multiple de 60 cm.
Ils seront à ventelles blanches avec un angle de défilement maximum de 65°.
Les luminaires « en saillie » seront placés, de préférence, parallèlement aux fenêtres.
Le tableau aura son propre éclairage. On placera des luminaires à réflecteur asymétrique avec tubes fluorescents.
L’éclairage sera réparti sur toute la longueur du tableau vert (longueur = 4 m).
Il sera placé suffisamment près du tableau pour ne pas éblouir l’enseignant.
Dans l’étude, les luminaires seront équipés de ballasts électroniques.
Dans les classes, l’éclairement moyen sera de 300 lux. Le calcul de cet éclairement devra se faire avec uniquement l’éclairage général allumé. L’éclairement minimal (c’est-à-dire en tous points) est de 240 lux sur la zone de travail.
Dans les classes, la zone de travail correspond à la surface du local, de laquelle on retire une bande 50 cm le long de toutes les parois sauf celle avec baies vitrées.
Sur le tableau, l’éclairement moyen recommandé est de 500 lux avec une uniformité (Emin./Emoy.) de 0,5.
Les calculs d’éclairement se feront sur une grille minimale correspondant à la norme NBN L 14 – 002.
Le plan utile se trouve à 80 cm dans les classes et au niveau du sol dans les couloirs. Le facteur de dépréciation doit être pris égal à 0,88.
L’étude photométrique se fera avec des tubes fluorescents de type 840 (IRC compris entre 80 et 90 et température de couleur de 4 000 K).
Les coefficients de réflexion des parois seront de 0,7 (plafond), 0,5 (murs), 0,3 (sol).
L’étude doit être accompagnée des fiches techniques des luminaires ou d’un catalogue.
Pourriez-vous également me remettre votre meilleur prix pour le … au plus tard. Le prix sera donné pour les luminaires avec ballasts électroniques et pour les luminaires avec ballasts conventionnels.
Nous disposons de notre propre équipe de placement. Pouvez-vous, dès lors, nous accorder votre remise ‘installateur’ et nous remettre votre meilleur prix net.
Je vous remercie, et vous prie de croire, Monsieur, en l’assurance de ma meilleure considération.
Annexe : un plan à l’échelle 1/100° avec les luminaires actuels.
Études photométriques
Pour l’éclairage général, 3 installations nous ont été proposées. Voici les éléments essentiels de leur étude photométrique :
Luminaires encastrés de 3 x 18 W
Classes de 6,7 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires
Classes de 4,3 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires
Local 2,2 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire
Éclairement moyen
302 lux
430 lux
315 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail
231 lux
(dans les coins, sinon 273 lux)
227 lux
(dans les coins, sinon 251 lux)
228 lux
(dans les coins, sinon 241 lux)
Puissance spécifique
6,2 W/m²
9,66 W/m²
9,44 W/m²
Luminaires de 1x58W et de 1x36W, selon le local
Classes de 6,7 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 1 x 58 W
Classes de 4,3 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 1 x 36 W
Local 2,2 m x 7,8 m
3 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire de 1 x 58 W
Éclairement moyen
325 lux
299 lux
340 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail
251 lux
233 lux
(dans les coins, sinon 257 lux)
272 lux
Puissance spécifique
6,43 W/m²
6,44 W/m²
9,79 W/m²
Luminaires de 2 x 36 W ou 2 x 58 W selon le local
Classes de 6,7 m x 7,8 m
2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 3 luminaires de 2 x 36 W
Classes de 4,3 m x 7,8 m
2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 2 luminaires de 2 x 36 W
Local 2,2 m x 7,8 m
2 rangées (parallèles aux fenêtres) de 1 luminaire de 2 x 58 W
Éclairement moyen
354 lux
333 lux
377 lux
Éclairement minimum dans la zone de travail
251 lux
233 lux
(dans les coins, sinon 254 lux)
265 lux
Puissance spécifique
8,27 W/m²
8,59 W/m²
8,39 W/m²
Pour l’éclairage spécifique du tableau, une seule bonne solution nous a été proposée : 2 luminaires avec 1 lampe de 58 W et réflecteur satiné à distribution asymétrique avec ventelles blanches.
Ces luminaires sont placés à 1 m 10 du tableau. Ils permettent d’atteindre, avec l’éclairage général allumé, un éclairement moyen de 250 à 300 lux. Ce niveau n’est pas celui recommandé par les normes mais ce dernier n’est quasi pas atteignable avec des luminaires classiques pour tableaux.
Vérification de la qualité des luminaires
Pour toutes les offres retenues, nous avons ensuite vérifié les différents critères de qualité du matériel. Cette vérification se fait dans les catalogues ou sur les fiches techniques.
Nous avons vérifié les critères suivants :
le rendement des luminaires est de minimum 70 % (luminaires à ventelles planes),
le réflecteur est en aluminium satiné,
l’indice de protection est de minimum IP20,
la résistance aux chocs est d’au moins 0,5 joule,
les luminaires sont de classe I (nous disposons d’un conducteur de terre),
les autres appareils du réseau électrique doivent être protégés contre les signaux haute fréquence. Les luminaires doivent porter le label « énec »,
l’accès aux lampes et à ses équipements doit être aisé. Exemple : diffuseur rabattable et décrochable des 2 côtés sans outils.
N.B. : Il n’y avait aucune vérification à faire au niveau de l’inflammabilité, vu que les luminaires seront montés soit sur un faux plafond traditionnel (à lamelles métalliques ou sur un faux plafond en gyproc).
Prix nets des luminaires
luminaire à ventelles blanches 1 x 36 W et ballast électronique : 52 € (HTVA), (27,275 € avec ballast conventionnel),
luminaire à ventelles blanches 1 x 58 W et ballast électronique : 56,25 € (HTVA), (33,55 € avec ballast conventionnel),
luminaire à ventelles blanches 2 x 36 W et ballast électronique : 53,8 € (HTVA), (34,6 € avec ballast conventionnel),
luminaire à ventelles blanches 2 x 58 W et ballast électronique : 57,8 € (HTVA), (40,3 € avec ballast conventionnel),
luminaire à ventelles blanches 3 x 18 W et ballast électronique : 164,2 € (HTVA), (136,2 € avec ballast conventionnel),
luminaire avec réflecteur satiné à distribution asymétrique 1 x 58 W : 69,6 € (HTVA), (48,9 € avec ballast conventionnel).
Prix du placement
démontage d’un appareil + placement d’un luminaire en saillie : 62,5 € (HTVA),
démontage d’un appareil + placement d’un luminaire encastré : 25 € (HTVA).
Prix total : luminaires + placement
Solution 1
Luminaires encastrés de 3 x 18 W :
3 x (3 x 2 x (164,2 + 25)) + 3 x (3 x 2 x (164,2 + 25)) + 1 x (3 x 1 x (164,2+ 25)) = 7188,7 €
Solution 2
Luminaires de 1 x 58 W et de 1 x 36 W, selon le local :
3 x (3 x 2 x (56,25 + 62,5) + 3 x (3 x 2 x (56,25 + 62,5)) + 1 x (2 x 1 x (56,25 + 62,5)) = 4436 €
Solution 3
Luminaires de 2 x 36 W :
3 x (2 x 3 x (53,8 + 62,5) + 3 x (2 x 2 x (53,8 + 62,5) + 1 x (2 x 1 x (53,8 + 62,5)) = 3729,6 €
Choix de l’installation
Choix des luminaires
La première solution a pour avantage de pouvoir réaliser une commande séparée pour 3 rangées parallèles aux fenêtres et ainsi de mieux profiter de l’apport en éclairage naturel. Mais le coût est trop élevé.
La 2° solution a l’avantage également de proposer 3 rangées de luminaires. Elle est moins chère que la première solution mais plus chère que la 3°.
La 3° solution est la moins chère mais ne possède que 2 rangées.
Suite au calcul du temps de retour d’une commande de l’éclairage en 3 rangées parallèles, on a choisi de ne pas réaliser cette commande séparée. Dès lors, on a proposé au responsable technique la 3° installation pour l’éclairage général.
De plus, deux luminaires de 1 x 58 watts seront placés devant le tableau.
Choix des ballasts
Un calcul de rentabilité a été réalisé pour une classe de grandeur moyenne : de 4,3 m x 7,8 m.
Le surinvestissement pour un luminaire avec ballast électronique par rapport à un luminaire avec ballast conventionnel n’est récupéré qu’en 10 ans, grâce à la diminution des consommations.
Le responsable technique ne les a donc pas retenus.
Remarque sur le tableau de calcul
Le prix du ballast est compris dans le prix du luminaire. Dans le calcul, on a donc compté 0 € pour un ballast conventionnel, et pour le ballast électronique, on a compté la différence entre le luminaire avec ballast électronique et celui avec ballast conventionnel, de laquelle on retire la prime accordée par le distributeur pour l’utilisation de ballasts électroniques.
Prime : 75 € par kW installé initialement : 75 x (6 x 4 x 21,5/1 000)/6 = 6,45 € .
Prix du ballast électronique : (53,8 – 34,6) – 6,45 = 12,75 €.
Le nombre de jours d’utilisation annuels = 38 x 5/2. La division par 2 tient compte de la proportion de temps où l’éclairage est allumé par rapport au temps où les locaux sont occupés.
Calculs
Pour reproduire vous même les calculs,
cliquez ici !
(Dans ce programme, il vous sera demandé d’insérer le prix que vous payez par kWh électrique consommé. Si vous ne le connaissez pas, vous pouvez l’estimer grâce aux informations reprises dans la théorie « coût moyen du kWh électrique économisé« ).
Calcul de rentabilité
Chiffrer le potentiel d’économie sur l’installation d’éclairage
Exemple :
une classe de 6,6 m x 7,7 m (50,8 m²)
un niveau d’éclairement moyen recommandé de 300 lux
une durée d’occupation annuelle de 28 h/sem, 38 sem/an
une durée d’utilisation de l’éclairage de 532 h/an*
–
Ancienne installation
Nouvelle installation
Équipement
9 luminaires avec :
un globe opalin
4 lampes de 18 W type 340
ballast inductif
6 luminaires avec :
ventelles blanches
2 lampes de 36 W type 840
ballast électronique
Performance énergétique
Puissance installée (ballasts compris)
9 x 4 x 18 x 1,2** = 778 W
6 x 2 x 36 W = 432 W
Puissance spécifique
778 W/50,8 m2 = 15,3 W/m2 ou 10,2 W/m2/100 lux
432 W/50,8 m2 = 8,5 W/m2
ou 1,8 W/m2/100 lux
Niveau d’éclairement estimé
200 lux
354 lux
Coût énergétique
0,778 W x 532 h x 0,11 €/kWh = 46,6 €/an
0,432 W x 532 h x 0,11 €/kWh = 25,85 €/an
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes
8 000 h
16 000 h
Coût d’achat des lampes
9 x 4 x 2,5 € x 532 h/8 000 h = 3,6 €/an
6 x 2 x 3,7 € x 532 h/16 000 h = 1,45 €/an
Coût de la main d’œuvre de remplacement des lampes
* tient compte de la proportion de temps où l’éclairage est allumé par rapport au temps où les locaux sont occupés,
** tient compte de la consommation du ballast,
*** les lampes sont remplacées par le père Lambrechts lui-même.
Choix de la gestion de commande
Pour chacun des « disfonctionnements » de la gestion de commande actuelle, relevés dans le diagnostic, on cherchera une solution parmi les différents suivants :
horloge générale,
zonage et commande séparée des différentes zones,
éclairage à 2 composantes (éclairage ponctuel) permettant un niveau d’éclairement général plus faible,
commande séparée des différentes rangées d’éclairage parallèles aux fenêtres,
minuteries,
détecteurs de présence,
dimming en fonction de la lumière du jour.
Un calcul de rentabilité permet de décider des éléments retenus.
Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de logiciel pour évaluer les économies réalisables par la gestion en fonction de la lumière du jour dans toutes les circonstances !
Choix de la gestion de commande
Dysfonctionnement n°1. Les classes bénéficient de beaucoup d’éclairage naturel. L’éclairage naturel vient des 2 côtés : d’un côté, il y a des baies en façade avant, de l’autre côté la paroi entre classe et couloir est vitrée sur la partie supérieure, le couloir possédant lui-même une paroi vitrée en façade arrière. Cependant, les luminaires sont allumés au matin et reste parfois sous tension lorsque l’éclairage naturel est suffisant.
> Commande des luminaires par rangées parallèles aux fenêtres
Nous n’avons pas envisagé le dimmage de l’éclairage en fonction de l’éclairage naturel car le temps de retour de cette rénovation est généralement élevé. De plus, le temps d’occupation est ici très faible, ce qui augmente encore le temps de retour. Enfin, les budgets d’une école sont limités.
Dysfonctionnement n°2. Les couloirs bénéficient de beaucoup de lumière du jour. Cet éclairage naturel suffit amplement à partir d’une certaine heure (au plus tard à 9 h 00) et jusqu’à une certaine heure (au plus tôt à 16 h 00) variant au cours des saisons.
L’éclairage est allumé le matin à l’heure du début des cours.
Les luminaires actuels sont commandés par des interrupteurs à deux directions (donc pas de minuterie).
Ils restent donc souvent allumés inutilement pendant les heures de cours ou après le nettoyage le soir.
> Placement d’une horloge sur le circuit des luminaires des couloirs
Cette horloge pourrait être couplée à des détecteurs de présence au plafond permettant un contrôle après les heures de classe.
Cette solution aurait l’avantage de supprimer les interrupteurs qui sont souvent démolis dans les couloirs.
Cet élément de gestion ne fera ici que peu d’économie d’énergie. Nous n’avons donc pas fait de calcul de rentabilité.
Calculs de rentabilité
Commande par « rangées » parallèles aux fenêtres
Nous avons estimé qu’on pouvait gagner un tiers de la consommation annuelle de l’installation d’éclairage.
Le surcoût de placement par l’installateur du collège pour le câblage des luminaires en trois rangées et 3 interrupteurs plutôt qu’en une seule est de 87,5 €.
Nous avons fait un calcul de rentabilité pour les classes de 6,7 m x 7,8 m :
Gain annuel
1/3 x (3 x 2 x 56 x 532) x 0,11/1 000 = 6,7 €
Coût de placement
87,5 €
Temps de retour
13 ans
Horloge sur le circuit des couloirs
On a estimé que le placement de l’horloge permettrait de gagner 1 h/jour d’éclairage sur les 9 couloirs du bâtiment.
Le coût d’une horloge placée est de 62,5 €.
Gain annuel
9 x 8 x 30* x 1 x 5 x 38 x 0,11/1 000 = 46,175 €
* consommation d’une lampes 22 W avec son ballast.
Coût
62,5 €
Temps de retour
1,35 an
Conclusions
Les temps de retour d’une rénovation de l’installation d’éclairage sont très longs. Ceci était prévisible vu le faible temps d’utilisation de celle-ci.
C’est donc uniquement l’amélioration du confort qui a motivé la rénovation de l’installation d’éclairage des classes. Et aussi, ne l’oublions pas, le plaisir de donner un look nouveau à la classe !
Au niveau de la gestion de commande, seul le placement de l’horloge vaut la peine d’être envisagé pour des raisons de rentabilité.
Les détecteurs de présence seront placés pour pouvoir contrôler la présence après les heures de cours.
Seule une étude de l’éclairage a été réalisée ici. Cette étude devrait être complétée par une autre consistant à envisager le remplacement des tentures actuelles par des protections solaires. Celles-ci devraient avoir une transmission lumineuse suffisamment faible pour supprimer l’éblouissement, et suffisamment élevée pour que la diminution de la lumière pénétrant à l’intérieur du local ne rende pas obligatoire l’utilisation de la lumière artificielle.
Le Centre Public d’Action Sociale de Charleroi possède un large parc immobilier dont la maintenance et les projets de rénovation sont assurés par un Service Technique composé de 50 personnes. Le patrimoine bâti du CPAS compte 10 Maisons de Repos et de Soins pour un total de 875 lits, une centaine de logements ainsi que 15 bâtiments administratifs. C’est à cette dernière catégorie qu’appartient le centre de formation communément appelé « Passage 45 » situé dans le haut de la Ville de Charleroi.
Les activités du « Passage 45 »
Cette ancienne clinique psychiatrique construite sur la fin des années quarante est aujourd’hui un Centre de Ressources pour l’Intégration dédié à l’insertion sociale et professionnelle des personnes aidées par le CPAS de Charleroi. Un nombre considérable d’activités et de formations s’y déroulent tout au long de l’année. Pas moins de 50 à 150 personnes fréquentent ce lieu quotidiennement.
Une rénovation bien nécessaire
Ce bâtiment de près de 2.400 m² pour l’ensemble de ses trois niveaux comptait encore sur ses vieux châssis d’origine en acier et équipés de simple vitrage. De plus, les façades étaient marquées par les décennies écoulées : les linteaux en béton nécessitaient une rénovation et, comme tous les vieux bâtiments urbains, les revêtements étaient noircis.
En 2002, les travaux de rénovation des châssis et des façades ont débuté. Les 131 fenêtres furent déposées, les linteaux reconditionnés et les façades sablées et rejointoyées. Au total, ce sont 462 m² d’ouverture qui furent équipés de nouveaux châssis en aluminium thermolaqué à coupure thermique. On trouve un double vitrage solaire et à basse émissivité présentant un coefficient de transmission thermique U de 1,3 W/m²K. L’ensemble châssis et vitrage a un coefficient de transmission thermique U de l’ordre de 2 W/m²K.
On notera que lors de la conception des châssis, il a été pris en compte la future rénovation intérieure des locaux lors de laquelle des faux plafonds seront placés. C’est pourquoi les impostes des fenêtres sont aveugles pour coïncider avec le niveau des futurs faux plafonds.
Cette opération est tout bénéfice pour les occupants car l’inétanchéité des anciens châssis et la sensation de froid en hiver procurée par le simple vitrage étaient une source d’inconfort considérable. La consommation d’énergie y a trouvé également son compte !
Un manteau d’hiver pour la toiture
Deux années au préalable, en 2000, la couverture de la toiture plate fut remplacée et à cette occasion une isolation fut mise en œuvre. L’ancienne couche d’étanchéité fut enlevée et un isolant en verre cellulaire de 8 cm d’épaisseur mis en œuvre sur la chape de béton avant le placement de la nouvelle étanchéité (une double membrane bitumeuse).
Bilan des consommations
En 1999, avant la réalisation de ces deux interventions (isolation toiture + remplacement des châssis), la consommation annuelle normalisée de mazout était de l’ordre de 58 000 l.
L’économie d’énergie, mesurée en 2003, suite à la réalisation de ces travaux est de 20 000 l. En effet, la consommation annuelle normalisée est aujourd’hui descendue aux alentours des 38 000 l.
L’économie d’énergie réalisée est déjà très intéressante, mais l’aurait été plus encore si la couche d’isolant placée en toiture avait eu une épaisseur plus importante et si les fenêtres avaient été thermiquement plus performantes. En 2016, on aurait posé au moins 16 à 20 cm d’isolant en toiture. Le Uw des fenêtres en PVC avec des vitrages normalement performants aurait été de 1.45 W/m²K au lieu de 2 W/m²K
En détail
Châssis en aluminium
Première frappe (étanchéité principale à l’eau).
Chambre de décompression drainée.
Récupération des eaux et évacuation vers l’extérieur.
Deuxième frappe avec joint périphérique continu (étanchéité principale à l’air).
Chambre pour loger la quincaillerie.
Troisième frappe (amélioration acoustique).
Extrait de la brochure « Types de chassis » éditée par la Région wallonne.
Économique
Investissement global pour la rénovation des façades (reconditionnement des bétons des linteaux, sablage des façades, enlèvement des vieux châssis et pose des nouveaux châssis) : 465 000 € TVAC.
Investissement global pour la rénovation de la toiture plate (enlèvement ancienne couverture, pose isolation et nouvelle membrane d’étanchéité) : 71 000 € TVAC.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Alain BROHEZ
Service Technique
CPAS de Charleroi
Tél : 071 233 112
Email : brohezalain@cpascharleroi.be Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Le Centre Administratif de Sambreville est un important bâtiment situé au cœur de la petite ville d’Auvelais qui regroupe outre les locaux administratifs et techniques des quelques 150 membres du personnel communal, le théâtre de 420 places où sont organisées près de 150 représentations chaque année, la piscine communale et le centre sportif. En 2000, suite à l’étude du service technique, les deux transformateurs à l’askarel alimentant l’ensemble de ces bâtiments furent remplacés.
Les motivations de remplacement
Deux raisons ont amené le service technique à envisager le remplacement des deux transformateurs à l’askarel de 800 et de 1.000 kVA par deux transformateurs secs de 400 kVA chacun. Tout d’abord le surdimensionnement de ces deux équipements par rapport aux besoins actuels notamment dû à la mise hors service du système de pompes à chaleur (4 x 55 kW) qui assurait le chauffage de la piscine et du théâtre à partir des calories puisées dans la Sambre ; ensuite, l’échéance fixée par la Région wallonne concernant l’élimination pour 2005 des transformateurs à l’askarel.
Un mot sur les transformateurs à huile minérale
Dans ce type d’équipement, appelé aussi transformateurs immergés, le transformateur est disposé dans un bain d’huile qui assure l’isolation et le refroidissement.
Ces transformateurs sont moins onéreux, moins bruyants et ont des pertes moindres par rapport aux transformateurs secs. Ils présentent cependant des risques d’incendie et de pollution :
Un défaut interne peut provoquer une surpression et une déformation de la cuve telles que des fuites d’huile peuvent apparaître. Suivant les circonstances, cela peut entraîner l’inflammation de l’huile ou encore une explosion.
Les fuites d’huile peuvent aussi provenir d’un joint défectueux ou de la rupture d’une canalisation. Les huiles qui se répandent peuvent polluer la nappe phréatique. Il faut donc prévoir sous le transformateur une fosse d’évacuation ou un bac de rétention d’huile.
La combustion des huiles dégage des produits toxiques et génère des fumées opaques gênant l’intervention des secours.
Il y a encore quelques années, on commercialisait des transformateurs dits » à l’askarel ». L’huile de ces transformateurs contenait des PCB. Ces substances dégagent des émanations nocives lors d’incendies et présentent à grande concentration des dangers pour la santé humaine. C’est pourquoi la directive européenne 96/59/CE se prononce pour l’élimination des appareils contaminés ou contenant des PCB.
En application de cette directive, la Région wallonne a réglementé l’élimination des transformateurs à l’askarel existants, pour au plus tard, fin 2005.
Les pertes d’un transformateur
Les pertes d’un transformateur se composent des pertes à vide et des pertes en charge.
Les pertes à vide (ou pertes « fer ») se produisent au sein du noyau ferromagnétique. Elles sont constantes quel que soit le régime de charge du transformateur, c’est-à-dire quelle que soit la consommation du bâtiment qui y est raccordé.
Les pertes en charge (ou pertes « en court-circuit » ou pertes « cuivre ») sont, elles, dues à l’effet Joule (perte par échauffement des fils ou feuillards parcourus par un courant), augmentées des pertes additionnelles (pertes supplémentaires occasionnées par les courants parasites dans les enroulements et pièces de construction). Elles varient avec le carré du courant ou de la puissance débitée (si la tension reste constante).
Pour diminuer les pertes de fonctionnement, il faut acheter un transformateur adapté à la charge appliquée :
si le transformateur est faiblement chargé (moins de 30 %), les pertes à vide devront être les plus faibles possible et les pertes en charge (à charge nominale) pourront être plus importantes ;
par contre, si le transformateur est très chargé (plus de 40 %), les pertes en charge devront être les plus faibles possible et les pertes à vide peuvent être plus grandes.
Souvent, il sera donc avantageux de choisir un transformateur avec des pertes à vide plus basses et des pertes en charge plus élevées que la moyenne standard, puisque dans la plupart des bâtiments tertiaires, la charge annuelle moyenne appliquée au transformateur sera comprise entre 20 et 40 %.
Nouvel équipement
Sur base de l’analyse des consommations et des puissances électriques installées ainsi qu’en tenant compte des pointes ¼ horaires sur la période 1995 – 2000, le service technique a évalué que 2 transformateurs de 400 kVA étaient suffisants. De plus, l’idée fut de monter les 2 transformateurs en parallèle et de délester l’un d’eux en fonction du niveau de consommation. On évite ainsi les pertes à vide d’un transfo lorsqu’il n’est pas nécessaire.
Dans ce cas de figure, le transformateur 1 fonctionne en permanence 12 mois sur l’année, et le transformateur 2 délestable environ 3 mois sur l’année.
La mise en fonction du transformateur 2 s’opère si le premier est sollicité à 110% plus de 10 minutes.
Comparaison des pertes entre les anciens et nouveaux transfos
Inauguré courant de l’année 1983, le Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye de Seraing compte 374 lits d’hospitalisation et 30 lits en Maison de Repos et de Soins (MRS). Un édifice de quelques 50 000 m² répartis sur 10 niveaux dont la gestion technique et les études de projets sont assurés par une équipe d’une quarantaine de personnes.
Les besoins en froid
En deux décennies, l’hôpital a vu ses besoins en climatisation fortement augmenter et son réseau d’eau glacée multiplié au moins par 10. Les besoins en frigories sont passés d’une puissance d’environ 100 kW à l’origine à quelques 1 000 kW aujourd’hui. Une croissance qui s’explique par la présence d’équipements qui n’étaient pas aussi importants à l’époque que ceux que l’on rencontre de nos jours (scanners, résonance magnétique nucléaire, salle de coronarographie, …) mais aussi par la tendance actuelle à climatiser également les bureaux et l’ensemble des chambres.
Et en hiver, on climatise ?
Dans un hôpital, les besoins en frigories sont importants même en hiver notamment pour les blocs opératoires, les salles informatiques, les salles accueillants des équipements énergivores ainsi que les salles de consultations. Dans le cas du Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye, les 2 niveaux enterrés du bâtiment ont besoin d’être climatisés constamment toute l’année en raison notamment de l’éclairage permanent, des équipements présents et du personnel en nombre qui y travaille. Il faut souligner que ces 2 niveaux totalisent 20 000 m² soit 40% de la surface totale de l’hôpital.
Les installations frigorifiques
Les besoins frigorifiques de pointe actuels nécessitent de l’ordre de 200 m³/h d’eau glacée à 7°C. Cette dernière est produite à partir de 2 groupes de froid de 400 kW chacun et d’un groupe supplémentaire de 200 kW. Depuis la fin des années ’80, dans un souci d’Utilisation Rationnelle de l’Énergie (URE) et donc d’économie financière, on pratique le principe du free-chilling et de la récupération de chaleur sur les groupes frigorifiques.
Principes du free-chiling
Lorsque la température extérieure descend sous les 8 à 10°C, on peut fabriquer de l’eau glacée sans utiliser le groupe frigorifique. L’eau est directement refroidie par l’air extérieur et la machine frigorifique est mise à l’arrêt. L’économie d’énergie est évidente ! La rentabilité du projet est d’autant plus élevée que les besoins de refroidissement sont importants en hiver et que l’installation s’y prête.
Le responsable technique de l’hôpital, conscient que des besoins de froid existaient durant toute l’année, donc également pendant l’hiver, profita de la rénovation d’une tour de refroidissement pour adopter la technique du free-chilling sur le circuit d’eau glacée. Il adapta la régulation pour permettre le fonctionnement sous deux régimes de température différents au niveau des tours de refroidissement : soit à moins de 10°C en mode free-chilling, soit à 40°C en été qui correspond à la température de sortie au niveau des condenseurs des groupes frigorifiques. Il favorisa également le refroidissement nocturne des locaux, ce qui ne crée pas d’inconfort pour les occupants, et valorise mieux le free-chilling puisque la température extérieure est plus basse la nuit.
En l’absence de mesures, voici une estimation de l’économie réalisée par l’arrêt du groupe frigorifique de 400 kW. Si le fichier météo de Uccle annonce 3 550 heures sous les 8°C, on peut estimer que le refroidissement effectif se fait durant 2 000 heures. Sur base d’un COP (COefficient de Performance) moyen de 2,5, c’est donc 160 kW électriques qui sont évités au compresseur. Une consommation supplémentaire de 5 kW est observée pour le pompage de l’eau au travers de l’échangeur et dans la tour. Soit un gain de 155 kW durant 2000 heures ou encore 310 000 kWh. Le temps de retour simple calculé à l’époque était de l’ordre de 3 à 4 ans pour un investissement total de 60.000 € dont la moitié pour la tour fermée de 360 kW et le reste en tuyauteries, régulation et génie civil.
On soulignera qu’adapter cette technique à une installation existante nécessite toujours une étude particulière (cadastre des énergies de froids consommées avec leur niveau de température, répartition été/hiver…) pour apprécier la rentabilité.
La récupération de chaleur
Le groupe frigorifique de 200 kW fonctionne prioritairement par rapport aux 2 autres et est sollicité toute l’année durant. Lors de son acquisition, l’équipe technique a opté pour un groupe fonctionnant avec une température au condenseur plus élevée de l’ordre de 45 à 50°C. L’idée dès le départ était de récupérer la chaleur libérée au condenseur pour chauffer l’eau de la piscine de l’hôpital ainsi que l’eau chaude sanitaire dont la consommation journalière est d’environ 30 m³ à 50°C. Ce sont quelques 70 kW thermiques en moyenne qui sont ainsi récupérés et non pas offerts aux petits oiseaux via les tours de refroidissement situées en toiture. Une économie annuelle en gaz de l’ordre de 70.000 m³.
En détail
> Informations complémentaires
René TILLIEUX
Directeur technique
Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye
Tél : 04/338.78.80
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Le Collège Saint-Louis de Liège situé en bordure du canal de dérivation de la Meuse est un établissement scolaire accueillant quelque 1300 élèves de la 1ère à la 6ème année de l’enseignement secondaire et comptant 150 membres du personnel. Au début de l’année scolaire 2004/2005, une vaste action de réduction des consommations d’énergie a animé l’ensemble des enseignants et des élèves. Une expérience qui a porté ses fruits…
Au départ une réflexion
Comme nombre d’établissements d’enseignement, les finances n’affichaient pas toujours un grand soleil. Avec un budget bien en équilibre, mais avec une possibilité d’investir dans les infrastructures, relativement faible, la direction, sensible au développement durable et déjà dans une démarche de suivi de ses consommations d’énergie, a initié une réflexion sur les actions permettant de maîtriser le poste énergie. Ainsi, est venue l’idée de lancer un projet pédagogique qui impliquerait les élèves dans l’effort de réduction des consommations énergétiques et donc des émissions de CO2 de l’école : le projet Kyoto de nos jours à 1870… .
Le projet Kyoto
L’objectif fixé est de réduire de 7% les consommations d’eau, de gaz et d’électricité durant les mois de novembre, décembre, janvier, février et mars de l’année scolaire.
À la fin de chaque mois, après un relevé des compteurs d’eau, de gaz et d’électricité, les résultats étaient visualisés dans la cour de récréation par le recouvrement progressif d’un glacier photographié à notre époque, très largement fondu, par une photo du même glacier intact en 1870. Objectif, recouvrir toute la photo au terme des 5 mois. Les résultats étaient également mis à jour sur le site internet du Collège.
Dès le début de la rentrée scolaire, tous les élèves furent informés de la campagne et de ses objectifs.
La chasse aux bonnes idées
Première étape, durant les 4 semaines de septembre, mobiliser les jeunes à travers un concours de propositions d’actions réalistes pouvant être mises en œuvre. Chaque classe était invitée à remettre un projet pour lequel elle devait préciser quelle énergie serait économisée à travers la mesure proposée et chiffrer l’éventuel investissement et les économies qui en découleraient. Voir le tableau pour découvrir quelques-unes des actions retenues.
Chacun agit à son niveau
Plan d’action URE proposé par les élèves : mesures d’économie retenues
En noir : les actions que chacun doit mener
En orange : les actions mises en place par le Collège
Eau
Mise au minimum du volume d’eau des chasses de WC.
Fermeture des robinets après usage.
Signalement et remplacement des robinets défectueux.
Gaz
Réglage des radiateurs à l’aide des vannes thermostatiques dans les locaux de classe.
Fermeture des fenêtres et des portes des locaux.
Fermeture des portes extérieures
Mise au minimum des radiateurs des couloirs.
Pose d’un thermomètre dans chaque classe.
Placement de joints sur les portes battantes.
Électricité
Extinction des éclairages extérieurs et dans les classes dès que la luminosité le permet.
Extinction des éclairages dès qu’un local n’est plus occupé.
Extinction des ordinateurs (PC et écrans) en fin de cours.
Éclairement minuté des couloirs
Remplacement d’un tube TL sur deux par un tube économique dans l’ensemble des locaux.
Placement d’un boîtier d’appel à clé sur l’ascenseur.
Le plan établi, il n’y avait plus qu’à passer à l’action. Les élèves ont rapidement emboîté le pas en mettant en pratique au mieux les consignes qu’ils ont eux-mêmes proposées. La Direction quant à elle a fait le nécessaire pour remplir ses obligations de mise en place des équipements décrits dans le tableau ci-dessus.
Tout travail mérite salaire
Suite au concours, où 40 classes sur 55 ont déposé un projet, deux classes furent primées et ont gagné une excursion d’une journée à Virelles au 3ème trimestre de l’année scolaire.
Quant à la campagne, il fut convenu que l’atteinte des objectifs de réduction de 7 % des consommations permettrait d’engager un ouvrier supplémentaire dont la tâche serait exclusivement dévolue à l’embellissement et la rénovation des locaux.
Des résultats !
Pour évaluer l’avancement du projet, la Direction a établi sur base des trois dernières années la consommation moyenne mensuelle par poste en prenant bien soin de normaliser les consommations dévolues au chauffage. En fin de chaque mois, les relevés des compteurs sont comparés à ces moyennes.
Remarquable ! Endéans les 3 premiers mois l’objectif des 7% d’économie fut atteint et même dépassé. Ce sont pas moins de 28 900 kWh électriques et 8700 m³ de gaz cumulés sur la période de novembre à fin février qui furent économisés soit l’équivalent de 22 850 kilogrammes de CO2 évités.
Après les congés de Noël, les élèves ont fait la connaissance de Monsieur Jean-Marie qui avait déjà pratiquement repeint un des couloirs de l’école.
Et la suite ?
Les objectifs ont été atteints en 2004. L’effort entrepris a été poursuivi. Les résultats obtenus ont ainsi été pérennisés dans le temps.
Le comportement respectueux à l’égard de la consommation d’énergie est entré dans les habitudes. De plus, chaque année avant l’hiver, un rappel de vaccination est effectué. La motivation des enseignants et des élèves est entretenue par des messages bien ciblés.
La démarche a été étendue à la protection du milieu et au développement durable en général. En 2009 une GREEN TEAM a été constituée. Elle rassemble des enseignants et des élèves de toutes les années (de la première à la sixième). Une série d’actions sont ainsi entreprises pour induire des réflexes comportementaux auprès des élèves en matière environnementale.
Depuis 2014 un nouveau projet est en cours. Un groupe ENERGIE a été constitué à l’initiative d’un des directeurs du collège. Dans un premier temps sa mission sera de sensibiliser les élèves à la problématique de l’environnement et de l’utilisation rationnelle de l’énergie. Dans un deuxième temps, des volontaires seront recrutés parmi les élèves pour réaliser des actions et transmettre les messages auprès de leurs condisciples.
Tous les travaux réalisés dans les bâtiments de l’école l’ont été en tenant compte de l’amélioration des performances énergétique de ceux-ci.
Ainsi, lorsqu’il a fallu réparer certaines façades, les châssis existants ont été remplacés par des châssis isolants et un isolant a été placé dans l’épaisseur des murs refaits. Les élèves ont ainsi pu constater que les actes étaient joints à la parole.
Lorsque le système de chauffage de la piscine, devenu trop vétuste, a dû être remplacé, une nouvelle installation moderne et performante a été installée. Elle sert également à une autre partie de l’école. Les économies furent importantes et immédiates.
Ces travaux ont bénéficié de subsides UREBA.
Avec le temps, certaines conduites de chauffage s’étaient partiellement obstruées. Cela induisait des consommations électriques excessives des circulateurs. Le remplacement des conduites a résolu le problème. Les circulateurs consomment maintenant beaucoup moins.
Pas de doute, en sortant de l’école, les élèves du Collège Saint-Louis seront des citoyens responsables et conscients des enjeux énergétiques des décisions qu’ils seront amenés à prendre tant dans leur profession que dans leur vie privée. Ils seront ainsi les hérauts d’une cause essentielle pour l’avenir de notre planète.
En détail
Informations complémentaires
Bernard RENSON
Directeur Collège Saint-Louis
Tél : 04/349.53.00
Email :direction@collegesaintlouis.beURL : www.collegesaintlouis.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. Elle a été complétée en 2016 suite à une entrevue avec le directeur de l’établissement Monsieur Renson.
Cette rénovation porte sur un hall industriel de fabrication de peinture, situé à Lausanne.
Description du bâtiment
Le hall a été construit en 1967. Son volume est de 2 700m³ pour une surface de 528m². La toiture est constituée de sheds orientés au nord. La surface de vitrage de 228m² permet un apport d’éclairage naturel important. Cependant, la présence de bâtiments voisins faisant écran diminue les apports naturels de certaines zones du hall. Par contre dans d’autres zones, l’autonomie en éclairage naturel peut atteindre 85%.
Les études universitaires demeurent l’espace privilégié de la transmission et de la création du savoir. À Namur, elles sont organisées au sein de six facultés :
droit;
médecin;
philosophie et lettre;
informatique;
sciences;
et sciences économiques, sociales et de gestion.
On y retrouve deux cents professeurs et autant d’assistants, pour quatre mille cinq cents étudiants.
La soixantaine de bâtiments des facultés se situe principalement dans le centre de Namur. Ils représentent actuellement une superficie exploitée d’environ 148 000 m².
Implantation des Facultés universitaires dans Namur.
Parmi tous les bâtiments, ce sont ceux dédiés à la recherche qui sont, de loin, les plus énergivores.
Les installations techniques, de chauffage et de climatisation comprennent :
36 chaufferies avec 50 chaudières,
67 groupes de ventilation,
234 pompes et circulateurs,
23 boilers sur chaudière,
30 ascenseurs,
37 chambres froides,
17 groupes frigorifiques.
Cette étude de cas a été réalisée au tournant de l’année 2000 en se basant sur les consommations des années 90. Aujourd’hui, en 2016, les principes de réduction d’énergie et de coûts mis en œuvre restent d’actualité, mais les prix exposés dans le développement de cette page sont à évaluer de manière critique.
En 2000, la consommation annuelle de mazout était de 1 250 000 équivalents litres, celle d’électricité était de 6 500 000 kWh.
Au début des années 90, la facture annuelle d’électricité pour l’ensemble des FUNDP se monte à plus de 625 000 € par an. Afin de réduire cette facture, Monsieur Guilmin, responsable du département maintenance, projette d’entreprendre une série d’actions sur les consommations électriques.
Sensibilisation des occupants
Fin 1997, en éveillant la sensibilité de quelques personnes à la nécessité de maîtriser les consommations énergétiques, les services techniques initient une démarche qui ne cessera plus de s’amplifier.
Ainsi, à l’initiative des services techniques, dans chaque bâtiment, plusieurs personnes prennent rapidement conscience de l’importance de l’action individuelle dans la diminution des consommations énergétiques.
Fort de ce support venant de quelques utilisateurs, les services techniques entament une campagne beaucoup plus vaste de sensibilisation des occupants et utilisateurs.
Pour s’assurer de leur participation active dans le processus d’économie d’énergie, ces derniers doivent être rassurés par rapport au confort attendu et au bon fonctionnement des équipements.
Le comportement le plus immédiat à faire adopter est l’extinction de l’éclairage en dehors des heures d’occupation des locaux. Affichettes et autocollants font alors leur apparition, avec un slogan simple : « je fais comme chez moi, j’éteins !! ». Plusieurs articles consacrés aux économies d’énergie sont publiés dans le périodique bimestriel des FUNDP. Diverses informations techniques sont envoyées aux responsables de laboratoires ou de départements particulièrement « énergivores ».
Par ces campagnes et grâce aux quelques acteurs déjà sensibilisés, d’une participation polie, l’ensemble des occupants devient actif dans la recherche des gaspillages. Une véritable philosophie d’entreprise naît, grâce à la confiance établie entre les gestionnaires techniques et les utilisateurs des bâtiments. Il est dès ce moment possible de diminuer les températures de consignes et les plages horaires sur le chauffage, sans que n’apparaissent ni chaufferettes d’appoint, ni rouspétances.
Fin 1998, les services techniques s’appuient sur le soutien de tous les utilisateurs et occupants pour proposer une position volontariste en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie au conseil d’administration des FUNDP, qui l’accepte.
Le changement de mentalité se fait alors sentir au niveau des investissements en nouveau matériel. Tout nouvel achat est étudié sous l’angle de la consommation. Par exemple, une série de frigos « classe A » viennent remplacer des appareils moins performants.
Exemple.
La bibliothèque universitaire Moretus-Plantin (BUMP) comporte 10 plateaux, dont 3 sont accessibles au public et 7 contiennent les livres archivés. L’éclairage de chacun des 7 plateaux d’entreposage comprend 100 tubes de 36 W. Ces tubes étaient allumés par le passé de 8h00 à 20h00, pour garantir le confort et un climat de sécurité. Le technicien gestionnaire de ce bâtiment a été particulièrement sensible aux actions des services techniques et a, à son tour, entamé diverses actions de sensibilisation pour réduire les consommations. Les discussions ont porté sur la possibilité de couper l’éclairage en dehors des périodes d’utilisation de chaque rayon. Cela s’est traduit par le remplacement des interrupteurs classiques par des minuteries à réarmement qui éteignent automatiquement les lampes après 15 minutes. De 445 000 kWh en 1997, la consommation de la bibliothèque est passée à 395 000 kWh en 1999.
Repérage des principaux consommateurs
Afin de réduire efficacement les consommations électriques, la première étape est le relevé des consommations par équipement afin d’identifier les gros consommateurs. Dans cette optique, 140 compteurs comptabilisant les consommations d’autant de bâtiments ou de zones d’utilisation sont posés.
Décompteurs, l’un d’eux équipé d’une cellule optique pour mesurer la consommation « instantanée »
En 1992, la facture électrique est de quelques 642 300 € pour 6 770 000 kWh. Avec une superficie de locaux de 136 400 m², le ratio est de 49,6 kWh/m² an.
Plusieurs opérations de réduction des consommations électriques sont alors lancées. Les premières concernent les appareils d’éclairage et les boilers électriques.
L’impact sur la consommation électrique de ces deux mesures se fait rapidement ressentir puisqu’en 1995, la facture ne correspondait plus qu’à 635 375 €, soit 6 200 000 kWh. Le ratio de consommation était donc retombé à 44,5 kWh/m² an.
Rénovation de l’éclairage
Le relighting a été et est réalisé en plusieurs phases. Les objectifs généraux sont la réduction de la consommation électrique et l’amélioration du niveau d’éclairement.
Les services techniques entament une première étape au début des années 90, par le remplacement systématique des équipements d’éclairage (réglettes nues, luminaires laqués blancs, diffuseurs opalins) par des appareils avec nettement meilleur rendement. Ces appareils sont encore équipés de starter et de ballast électromécanique. Ces remplacements se font par opportunité, dès que des travaux sont planifiés dans des locaux. Cela représente une moyenne d’environ 200 équivalents tubes par an.
En 1994-1995, les ballasts électroniques remplacent les ballasts électromécaniques, toujours avec la même intensité dans le programme de remplacement.
Finalement, à partir de 1998, le dimmage des appareils proches des fenêtres en fonction de la luminosité fait son apparition. Le dimmage, c’est-à-dire l’augmentation ou la diminution progressive de la puissance d’éclairage, permet de réduire automatiquement la puissance de l’éclairage lorsque l’éclairage naturel est suffisant. Actuellement, cette campagne se poursuit encore à raison de 700 équivalents tubes par an.
Les temps de retour pour ces appareils oscillent autour de 6-7 ans, en fonction des travaux annexes à réaliser comme le re-plafonnage après travaux.
Nouveaux luminaires haut rendement.
Les deux objectifs sont atteints, avec de meilleurs niveaux d’éclairement là où c’était nécessaire et des économies d’électricité.
Exemple.
À titre d’exemple, les nouveaux appareils de l’auditoire D1 procurent un même niveau d’éclairement, pour une diminution sensible de la consommation :
Tubes fluos ancienne génération T12 et T12 « rapid start » (38 mm) et tubes fluos nouvelle génération T8 (26 mm) et T5 (16 mm)
À la bibliothèque universitaire Moretus Plantin (BUMP), des nouveaux appareils dans la zone d’accueil procurent un niveau d’éclairement 4 fois supérieur aux anciens appareils, pour une économie d’énergie de plus de 750 W.
*17, 4, 10 et 5 [W] sont respectivement les pertes dues aux ballasts électromagnétiques dans les anciens appareils et électroniques dans les nouveaux.
Suppression de chauffe-eau électriques
Lors de leur installation, les boilers électriques se justifiaient par leur investissement réduit par rapport au coût d’installation d’un système de chauffage centralisé. À l’heure actuelle, au vu du prix de l’énergie, la production d’eau chaude à partir d’une source électrique, directe ou à accumulation, ne se justifie plus.
Les boilers électriques sont dès lors progressivement remplacés par d’autres boilers placés sur des chaudières existantes ou sur de nouvelles chaudières installées spécifiquement à cet effet.
Les bâtiments de logement (résidence des Pères et pédagogie) sont les premiers visés par ces mesures, suivis immédiatement par les bâtiments académiques.
170 kW de résistance électrique furent ainsi remplacés, pour des temps de retour relativement courts, de l’ordre de 2 à 5 ans. De plus, la maintenance se trouve indirectement améliorée : la faible durée de vie des chauffe-eau électriques, la fragilité et la sensibilité à la température des têtes en céramique de la robinetterie, les fuites des groupes de sécurité ne sont maintenant plus de mise avec les boilers sur chaudières.
Placement de moteurs à vitesse variable
Les avantages des variateurs de vitesse (convertisseurs de fréquence) sont multiples. D’une part, l’adaptation de la vitesse des moteurs en fonction des besoins réels permet une grande facilité de réglage et de pilotage comparé aux systèmes tout ou rien (ON/OFF). La finesse des réglages est particulièrement intéressante par rapport au sur-dimensionnement que l’on rencontre pour de nombreux circulateurs de boucles de distribution de chauffage. Un deuxième avantage est l’économie réalisée sur les factures d’électricité et sur les factures de chauffage ou de climatisation (le chaud et le froid ne sont plus distribués que lorsque c’est vraiment nécessaire). Notons finalement que le bruit de fonctionnement se trouve considérablement réduit.
Circulateur à vitesse variable.
En ce qui concerne les moteurs d’entraînement des ascenseurs, l’utilisation de vitesse variable permet d’accélérer et de ralentir progressivement, ce qui réduit très fort les contraintes sur les moteurs et sur les freins et en améliore ainsi grandement la durée de vie.
D’un point de vue financier, il est difficile de chiffrer précisément le temps de retour. D’une part, les économies réalisées par les variateurs de vitesse sont difficilement « isolables » des autres économies et d’autre part les variateurs de vitesse restent actuellement relativement chers. Toutefois, indépendamment du temps de retour, le confort dans le pilotage des installations justifie souvent à lui seul l’investissement.
Maîtrise de la pointe quart horaire
Le tarif Binôme B appliqué aux FUNDP est composé de trois termes principaux. Le premier est proportionnel à l’énergie consommée par mois (exprimée en kWh). Le deuxième terme est proportionnel à la puissance maximum appelée au cours du mois (exprimée en kW). Enfin, un troisième terme vient s’ajouter aux deux précédents, proportionnel à la puissance maximum appelée au cours des 12 derniers mois (exprimée en kW).
Les diminutions des consommations mentionnées plus haut permettent de réaliser des économies non seulement sur le premier terme de la facture, l’énergie consommée, mais aussi sur les puissances maximums appelées sur le mois et sur l’année. En effet, en diminuant les consommations « permanentes », on réduit par la même occasion la puissance appelée aux heures de pointe.
Le délestage va plus loin encore en arrêtant ou diminuant aux heures de pointe les charges électriques non immédiatement nécessaires. C’est sur les deuxième et troisième termes de la facture que le délestage va agir.
Le délestage aux FUNDP ne concerne que la cabine principale qui représente plus de 80 % des consommations électriques. Les 4 autres cabines haute tension connectées au réseau de distribution ne sont pas concernées.
En parlant de puissance maximum, il s’agit en réalité de l’énergie maximum consommée sur un quart d’heure, cette puissance est appelée la puissance quart-horaire.
Le principe du délesteur est d’analyser l’évolution de la consommation pendant chaque quart d’heure. Si un risque de dépasser une consigne prédéfinie apparaît, le délesteur va envoyer un ordre d’arrêt ou de diminution de charge à une ou plusieurs machines électriques, de façon à maintenir la puissance quart-horaire en dessous de la consigne. Le choix et les priorités des machines à arrêter est défini à l’avance par le staff technique.
Le relevé des appareils délestables, ceux que l’on peut couper pour quelques minutes sans troubler le confort des utilisateurs, permet une estimation de la puissance qui pourra être coupée ou réduite pour écrêter la pointe quart-horaire. Pour les FUNDP, celle-ci se monte à 100 kW sur les installations de chauffage et 100 kW sur les installations de conditionnement d’air. Compte tenu du fait que les charges de chauffage et de froid ne sont pas simultanées, c’est au total un potentiel d’environ 100 kW délestables qui est ainsi identifié. Les appareils délestables, au nombre de 150 environ, sont les circulateurs secondaires des installations de chauffage, les compresseurs des groupes frigorifiques, les ventilateurs des groupes de ventilation et des groupes de compensation d’air dans les laboratoires et les chauffe-eau électriques encore en fonctionnement.
Le choix pour le délestage est encouragé par l’existence d’une gestion centralisée (GTC) qui pilote déjà 95 % des charges à délester (chauffage et de la climatisation). La GTC assure déjà de façon centralisée la mise en route, la mise en fonctionnement à vitesse réduite ou la mise à l’arrêt des appareils électriques comme les circulateurs des boucles de chauffage ou les ventilateurs des boucles de climatisation. Les investissements pour le délestage s’en trouvent dès lors réduits à la gestion des informations déjà collectées.
L’estimation présentée au conseil d’administration prévoit un temps de retour sur investissement inférieur à 1 an, pour un investissement de 20 000 €. L’accord obtenu sur cette base conduit à l’acquisition du délesteur en février 97 et à sa mise en service en juin 97.
Fonctionnement du délestage
Délesteur.
Sur base des consommations des années antérieures, M. Guilmin a fixé des consignes de puissance pour chaque mois. Ces consignes correspondent à la puissance quart-horaire à ne pas dépasser pour chacun des mois, éventuellement adaptée en fonction des nouveaux équipements apparus d’une année à l’autre.
Évolution de la pointe quart horaire durant une journée type. Le rouge représente la puissance délestée.
Aucune intervention du staff technique n’est théoriquement nécessaire pendant le fonctionnement du délesteur. Ce dernier mesure la puissance globale consommée aux FUNDP à la cabine haute tension principale et compare la consommation à la consigne fixée par Monsieur Guilmin. Si la consommation risque de dépasser la consigne pour le quart d’heure en cours, le délesteur envoie des ordres de délestage via la GTC à un ou plusieurs groupes d’appareils.
Pour déterminer si la consommation pendant le quart d’heure en cours risque de dépasser la consigne, le délesteur va d’abord analyser l’évolution de la consommation pendant un laps de temps prédéfini, en début de quart d’heure. Le délesteur va ensuite extrapoler l’évolution de la consommation jusqu’à la fin du quart d’heure et calculer la puissance quart-horaire. C’est cette estimation qui sera comparée à la consigne pour déterminer s’il y a lieu de délester ou non. Il est essentiel de spécifier un temps d’analyse de la consommation d’une part suffisamment long pour permettre une évaluation correcte de l’évolution de la consommation, mais suffisamment court d’autre part, pour pouvoir délester aussi tôt que possible et avoir ainsi plus de poids dans le délestage. En effet, si un appareil est délesté suffisamment tôt, il évitera qu’un deuxième appareil ne doive être délesté en fin de quart d’heure.
À partir de l’inventaire des appareils électriques jugés délestables, le staff technique a déterminé 16 groupes d’appareils délestables, classés selon leur localisation, leur importance, leur puissance et le type d’appareil. Le délesteur travaille sur base de ces 16 groupes, c’est à eux que le délesteur envoie, via la GTC, des ordres de délestage ou de relestage et non à des appareils isolés.
Au sein d’un groupe, plusieurs appareils peuvent être en fonctionnement et plusieurs autres à l’arrêt. La GTC centralise l’état de chacun des appareils et détermine si un groupe est délestable ou non. Concrètement, si aucun des appareils électriques du groupe ne fonctionne, il n’est pas délestable.
Gestion technique centralisée des installations climatiques.
Lorsque le délesteur doit envoyer un ordre de délestage, il va premièrement identifier quels sont les groupes d’appareils qui sont délestables. Parmi ceux-ci, il va ensuite en sélectionner un ou plusieurs selon des priorités et des contraintes prédéfinies par le staff technique. L’ordre de délester est envoyé à la GTC, qui traduit cet ordre vers tous les appareils du groupe qui sont en fonctionnement.
L’état de fonctionnement des appareils électriques (on/Off) est envoyé à la GTC.
La GTC rassemble ces informations pour chacun des 16 groupes de charge et définit si un groupe est délestable ou non.
La GTC envoie la délestabilité de chacun des 16 groupes au délesteur.
Un capteur mesure la consommation électrique globale à la cabine haute tension et envoie cette mesure au délesteur.
Le délesteur compare la consommation mesurée à la cabine haute tension à la consigne et détermine si il y a un risque de dépasser cette dernière sur le quart d’heure en cours. Si le risque existe, il va sélectionner un ou plusieurs groupes d’appareils électriques selon des priorités pré-établies et définir l’ordre de l’arrêter .
Le délesteur envoie l’ordre de délester un ou plusieurs groupe de charge à la GTC .
La GTC traduit cet ordre et envoie à son tour un ordre à tous les appareils des groupes à délester pour les mettre à l’arrêt.
Grâce à cet outil, Monsieur Guilmin peut voir à tout instant l’état et l’évolution de la consommation globale aux FUNDP. Si pour une raison quelconque, Monsieur Guilmin ou Monsieur Chausteur, le responsable du chauffage, souhaite intervenir pour empêcher ou forcer la mise à l’arrêt ou la remise en route d’un groupe d’appareils, un contre-ordre au clavier est toujours possible. Finalement, une série de graphiques concernant les consommations passées sont disponibles à tout moment pour analyse.
Visualisation du fonctionnement des équipements électriques délestables durant 15 min. En vert, est reprise la puissance instantanée mesurée, par rapport à la consigne fixée. En bleu et jaune,ce sont les appareils en fonctionnement et en rouge, les appareils délestés.
Certains appareils électriques ne peuvent pas être arrêtés n’importe comment et dans n’importe quel ordre. Dans la mesure où le délesteur n’intervient pas directement sur les appareils, mais seulement à travers la GTC, les séquences d’arrêt des équipements sont respectées. En effet, le protocole d’arrêt appartient à la centrale de gestion et n’a pas été modifié par le délesteur.
Il existe également des systèmes dits auto-adaptatifs, c’est-à-dire qui adaptent automatiquement la consigne en fonction des pointes quart-horaire qui ont déjà eu lieu en cours de mois. La solution manuelle a été préférée par Monsieur Guilmin car les pointes quart-horaires fluctuent considérablement d’un mois à l’autre de l’année. Dans un même mois également, les pointes peuvent varier sensiblement, avec une activité faible au début et qui s’intensifie en cours de mois. Un système auto-adaptatif aurait attribué une consigne sévère en début de mois, pour en arriver à la moduler de jour en jour pendant la seconde moitié du mois. Le risque aurait alors été d’imposer en début de mois des délestages importants et perceptibles par les occupants mais tout à fait inutiles vu les pointes plus élevées en fin de mois.
Quelques résultats chiffrés du délestage
Évolution de la pointe 1/4 horaire mensuelle. En rouge, depuis la mise en place du délestage.
Année
Pointe annuelle moyenne
[kW]
Coût moyen mensuel de la pointe
[€]
Répartition de la facture
Superficie des bâtiments
[m²]
1995
1305
24 425
67 % pointe –
33 % énergie
136 400
1996
1321
24 550
non connu
136 400
1997
1250
20 325
55 % pointe –
45 % énergie
136 400
1998
1242
19 625
46 % pointe –
54 % énergie
148 000
1999
1241
19 225
50 % pointe –
50 % énergie
148 000
Synthèse des résultats
Évolution de la facture électrique [en €]
Évolution de la consommation annuelle[en kWh/an] et de la consommation spécifique [en kWh/m².an].
D’une façon générale, l’ensemble des mesures prises pour économiser l’énergie se traduit par une diminution générale des factures, malgré une augmentation des superficies des bâtiments et une augmentation du nombre d’appareils électriques, notamment du matériel informatique.
Nouveau bâtiment des Facultés.
Ainsi, l’augmentation de la pointe annuelle globale suite à la construction de nouveaux bâtiments sur une superficie de 10 000 m² est entièrement compensée par la diminution de la pointe sur d’autres postes énergivores. Le poids respectif de la pointe dans la facture globale a lui aussi atteint un niveau tout à fait raisonnable.
Notons que les divers investissements réalisés ont bénéficié de primes à l’utilisation rationnelle de l’énergie de la part de la région wallonne ou du distributeur d’électricité, pour un montant total d’environ 25 000 €.
Conclusions et perspectives
Ce sont plusieurs directions pour la plupart totalement indépendantes qui ont mené aux résultats actuels sur les consommations d’énergies aux FUNDP.
La sensibilisation des occupants, les appareils d’éclairage, les appareils de chauffage, les variateurs de vitesse ou le délestage sont autant de directions qui sont accessibles maintenant et à tous, en interne ou en sous-traitance si le staff interne ne le permet pas.
Deux étapes sont primordiales dans toute démarche de réduction des consommations énergétiques : une analyse détaillée des consommations actuelles et des besoins réels, et l’information aux utilisateurs sur les objectifs recherchés et les moyens mis en œuvre.
Plusieurs directions restent encore à développer et à approfondir aux FUNDP :
La sensibilisation des occupants est un élément capital et sera maintenue dans le futur. Le relighting lui aussi sera poursuivi, toujours selon le même rythme.
Du côté des nouvelles pistes, l’extinction des PC plutôt que le passage en mode « veille » amènerait une diminution non négligeable de la facture électrique, lorsque ce mode veille reste consommateur. La possibilité d’installer un groupe de cogénération ou de faire de l’écrêtage par un groupe électrogène pourrait être envisagée dans le futur, mais n’est pas encore à l’ordre du jour.
Dans le cadre de la mise en place d’un système de gestion environnementale selon la norme ISO 14001, des mesures de consommations électriques ont été effectuées au sein de la cuisine Sodexho de l’ULB-Solbosch. Ces mesures nous permettent d’évaluer l’impact environnemental et financier des actions et investissements effectués.
La chambre froide
La cuisine de l’ULB-Solbosch possède une chambre froide composée de 2 compartiments en enfilade. Cette chambre froide fonctionne en permanence, 24h/24h, 365 jours par an.
Un compartiment froid à + 4°C.
Un compartiment réfrigéré à – 10°C (chambre réfrigérée).
Habitudes d’utilisation
Lors du chargement et déchargement des compartiments, les portes restent longtemps ouvertes et provoquent un réchauffement de la température. Quelques fois le personnel oublie de fermer les portes.
La chambre la plus utilisée est la chambre froide. On ne rentre que très peu dans la chambre réfrigérée.
Actions correctives
Afin de réduire la consommation d’énergie électrique, des rideaux de protection ont été placés devant l’entrée des deux compartiments. Nous avons aussi demandé au personnel de fermer systématiquement les portes en sortant de la chambre froide, sauf en cas de chargement et déchargement de celle-ci.
Mesures
Les mesures ont été effectuées avec des chambres froides chargées à moitié.
Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur triphasé et d’un enregistreur de consommations placé sur le tableau électrique.
MESURES
kWh/24 hrs
kWh/an
€/an
Économies (%)
Chambre froide + 4°C
sans rideaux
14 kWh
5 125 kWh
512,5 €
avec rideaux
11 kWh
4 015 kWh
402 €
25 % (112,5 €)
Chambre réfrigéré – 10°C
sans rideaux
15 kWh
5 500 kWh
550 €
avec rideaux
13,5 kWh
4 950 kWh
495 €
10 % (55 €)
Remarque : calculé sur 365 jours/an
1 kWh = 0,1 €
Conclusions
Le placement des rideaux a coûté 750 €. Nous pouvons estimer sur base des mesures effectuées que cet investissement sera remboursé d’ici quatre ans et demi.
L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO2, principal gaz à effet de Serre, de 0,6 tonnes par an.
Les présentoirs froids du self-service
Au self-service du restaurant Sodexho de l’ULB-Solbosch, il existe 2 catégories de présentoirs :
Les présentoirs à boissons et les présentoirs alimentaires.
Le restaurant possède 2 grands et 1 petit présentoir à boissons et 2 présentoirs alimentaires. Ils sont remplis chaque matin.
Habitudes d’utilisation
Ces présentoirs ne possédaient pas de vitres de protection et étaient donc tout le temps ouverts. Cela avait pour conséquence de faire fonctionner le moteur de l’appareil sans intermittence.
Ce mode de fonctionnement a aussi une incidence sur l’usure de ces moteurs qui doivent souvent être remplacés. Le coût d’un moteur est estimé à 1 250 €.
De plus, le froid se déposait sur les plateaux des clients, ce qui refroidissait les repas.
Mesures
Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur monophasé placé sur 1 présentoir de chaque catégorie. Des simulations ont été effectuées sur une période de 24 heures (présentoir avec vitres, sans vitres, allumés ou éteints pendant la nuit).
MESURES
kWh /24hrs
kWh/an
€/an/comptoir
Tot Cuisine €
Présentoirs boissons (1 petit – 2 grands)
avec vitreset éteints chaque nuit
7 – 9*k Wh
1 500 -2 000*
150 – 200* €
550 €
avec vitres tjrs allumés
9 – 12 kWh
2 000 -2 700*
200 – 270* €
740 €
sans vitres
18 – 24* kWh
4 000 – 5 400*
400 – 530* €
1460€
*grands présentoirs
kWh/8 hrs
kWh/an
€/an/comptoir
Tot Cuisine €
Présentoirs alimentaires (2 présentoirs)
avec vitres
6 kWh
1 320 kWh
132,5 €
265 €
sans vitres
10 kWh
2 200 kWh
220 €
440 €
Conclusions
Le placement des vitres a coûté 625 € par présentoir. Nous pouvons estimer que celles-ci seront remboursées grâce à la réduction de la consommation électrique en trois ans et demi. Nous n’avons pas pris en compte l’éventuel remplacement de moteurs dû à l’usure de ceux-ci lorsqu’il n’y a pas de vitres.
L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO2, principal gaz à effet de Serre, de 3 tonnes par an.
Étude réalisée par : Marcel Van Meesche
Éco-Conseiller membre de l’ABECE
Association Belge des Éco-conseillers et Conseillers en Environnement dans le cadre du projet « Germaine » développement d’Indicateurs de Performance Environnementale financé par les SSTC référence NN/G8/39 et dans le cadre plus global de la mise en place d’un ISO 14001 dans le restaurant universitaire Sodexho de l’ULB-Solbosch.
Le siège central de la société IVEG (intercommunale de distribution d’électricité et de gaz) est situé à Hoboken, un quartier suburbain d’Anvers. Ce bâtiment, achevé en 1999, a été conçu dans le but d’optimiser la consommation d’énergie et le confort intérieur du bâtiment. C’est pourquoi un système de ventilation naturelle y est installé. Le bâtiment IVEG, conçu par l’architecte Mussche, a été choisi comme construction-pilote du projet HybVent de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) et du projet Kantoor 2000 du programme VLIET-bis du gouvernement flamand.
Ce nouveau bâtiment est situé le long d’une rue dont la circulation est relativement élevée et vient s’intégrer entre deux bâtiments existants. Le plan du bâtiment IVEG est rectangulaire. Ses deux façades principales sont parallèles à la rue : la façade avant est orientée N à NO alors que la façade arrière est orientée S à SE. D’une superficie de 1 800 m², il doit accueillir environ 70 employés.
Les objectifs
Les objectifs de base du projet sont :
Un climat intérieur confortable (confort thermique, qualité de l’air intérieur, …).
Une faible consommation d’énergie (chauffage, refroidissement actif,…).
Une conception pragmatique et économique(utilisation de matériaux standards et de techniques accessibles pour tous).
Les systèmes thermiques adoptés sont un chauffage par radiateurs, une ventilation hygiénique mécanique et un refroidissement par ventilation naturelle. Le système de ventilation est donc hybride : une ventilation mécanique assure la qualité de l’air tandis que, pour atteindre le confort thermique d’été, le bâtiment est refroidi par un système de ventilation naturelle, essentiellement basé sur l’effet de cheminée.
Les dépenses énergétiques en hiver sont réduites grâce à un chauffage efficace et une bonne isolation thermique.
Le chauffage central est assuré par deux chaudières à condensation, d’une puissance installée de 60 kW chacune, soit 19.6 W/m³. Les radiateurs, équipés de vannes thermostatiques, sont plats et d’une superficie double de la normale pour augmenter l’échange de chaleur par rayonnement, perçu comme plus confortable par les occupants que la convection. Les cheminées, très bien isolées, sont toujours fermées en hiver.
L’isolation du bâtiment a été soignée dans tous ses détails pour éviter les ponts thermiques. Les épaisseurs d’isolants valent 12 cm en toiture, 7 cm dans les murs et 4 cm pour les planchers. Des doubles vitrages basse-émissivité dont la cavité est remplie de gaz (k = 1,1 à 1,3 W/m²K) ont été installés sur toutes les façades. Le niveau d’isolation global correspond à un K35.
La ventilation hygiénique est assurée par une ventilation mécanique à débits variables, régulés en fonction de l’occupation grâce à des détecteurs de présence. L’air est pulsé dans les locaux de travail à un débit de 30 m³/h par personne pour les bureaux paysagers et 40 m³/h par personne pour les bureaux individuels; il est extrait par les sanitaires.
Une attention toute particulière a été portée à l’étanchéité du bâtiment. En outre, un échangeur de chaleur a été placé sur le circuit de reprise d’air pour récupérer une partie de la chaleur de l’air extrait. Il a toutefois été mal conçu et ne fonctionne donc pas correctement.
Le refroidissement du bâtiment IVEG est géré par son système de ventilation naturelle. En été, une ventilation intensive de nuit est organisée. L’air est introduit dans le bâtiment par des ouvrants opaques, placés derrière les grilles murales des façades.
Une bonne distribution de l’air frais à travers tout le bâtiment nécessite l’ouverture des portes de tous les locaux.
L’air est extrait naturellement par deux cheminées en toiture. La photo ci-dessous montre les clapets qui permettent la sortie de l’air au sommet des tours. Les fenêtres fixes en partie supérieure des cheminées n’ont aucun rôle dans la ventilation mais elles éclairent en partie le hall et l’escalier.
Le concept de la ventilation naturelle intensive de nuit a nécessité l’utilisation de deux tours de ventilation séparées pour des raisons de sécurité incendie. Le rez-de-chaussée et le premier étage forment un premier compartiment relié à la grande cheminée tandis que le deuxième étage est un compartiment séparé, ventilé par sa propre cheminée.
Le bon fonctionnement de la stratégie de la ventilation naturelle utilisée dans ce bâtiment est basé non seulement sur le débit de ventilation naturelle intensive de nuit assuré par les tours de ventilation mais aussi sur :
la réduction des pics de surchauffes des locaux par l’inertie thermique des matériaux utilisés,
la limitation des gains solaires par l’intégration de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles,
la diminution des charges internes par le choix d’appareils électriques performants,
la diminution des charges internes grâce au contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local.
La masse thermique accessible dans les bureaux du bâtiment IVEG est importante. Il n’y a pas de faux plancher et le sol est principalement carrelé. De plus, les faux plafonds ne couvrent qu’une partie de la surface de chaque local et ils sont fortement ajourés pour que l’air puisse circuler le long du plafond.
La limitation des gains solaires est assurée par le choix de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles, dont la régulation automatique centralisée offre une possibilité de dérogation à l’occupant.
Des appareils électriques performants, tels que des ordinateurs munis d’un mode économique, ont été placés afin de diminuer les charges internes. Les luminaires présentent des réflecteurs à haute efficacité et des lampes fluorescentes équipées de ballasts électroniques.
Enfin, une diminution des charges internes est également obtenue par un contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local. L’allumage (on/off) de l’éclairage est géré par des détecteurs de présence décentralisés par bureau tandis que le flux des lampes est « dimmé » en fonction du niveau d’éclairement du local. La régulation du système de dimming de l’éclairage artificiel est également décentralisée par local et elle a pour consigne d’assurer un éclairement des bureaux de 500 lx.
En été, les dépenses énergétiques sont donc limitées par l’utilisation d’un refroidissement passif basé sur la ventilation naturelle de nuit, rendu possible par la masse thermique accessible, la réduction des gains solaires et la diminution des charges internes du bâtiment. Une batterie de froid a tout de même été installée par précaution dans le caisson de préparation de l’air mais elle n’a pas encore été utilisée.
Dans le bâtiment IVEG, la ventilation naturelle, la ventilation mécanique ainsi que la régulation des stores et de l’éclairage artificiel sont gérés de manière automatique. Cependant, les occupants peuvent agir directement sur les stores et sur l’ouverture des fenêtres classiques pour adapter leur environnement. Les utilisateurs peuvent aussi ajuster le chauffage d’un local à leurs besoins grâce aux vannes thermostatiques des radiateurs.
Quelques chiffres
La réduction des consommations d’énergie est l’élément essentiel de la conception du bâtiment IVEG. Sa consommation électrique spécifique vaut 35 kWh/m².an (à comparer à la norme habituelle de Novem : 60 kWh/m²An), ce qui donne un bâtiment à faible consommation d’énergie électrique. Sa consommation spécifique en gaz vaut 272 MJ/m²An (à comparer à Novem : 520 MJ/m²An), résultat toutefois facilement obtenu par une isolation adéquate du bâtiment.
Il peut également être intéressant de savoir que le coût total du bâtiment, honoraires et TVA compris, a été de 3 492 255 €. La superficie du bâtiment étant d’environ 1 800 m², le prix de ce bâtiment, TVA incluse, est donc de 1 940 €/m².
Les intervenants
Signalons enfin que le CSTC a joué le rôle de consultant extérieur lors de la conception du bâtiment IVEG. La coordination du projet et le travail de bureau d’étude au niveau de l’électricité, de l’informatique, de la ventilation naturelle, du chauffage et de l’éclairage ont été réalisés par la société IVEG. Le bureau d’études Air-Consult a étudié la ventilation mécanique et la protection incendie de ce projet.
La maintenance de l’UCL n’est pas insensible aux bénéfices que l’on peut tirer d’une rénovation de l’éclairage d’un bâtiment, tant du point de vue du confort que des économies d’énergie, mais en respectant un temps de retour raisonnable de 6 à 7 ans.
Choix du bâtiment
Plusieurs bâtiments de bureaux dont l’installation d’éclairage semblait assez précaire, nous ont été présentés. A nous de sélectionner celui qui présentait un potentiel d’économies d’énergie suffisant.
Nous avons dès lors dressé un diagnostic rapide, via le calcul de la puissance spécifique installée de quelques locaux.
Bâtiment des Sciences 1
Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.
Si le confort est loin d’être atteint (niveau d’éclairement insuffisant, éblouissement, …), une rénovation dans ce bâtiment ne pouvait être rentable.
En effet, on ne peut espérer diminuer fortement la consommation, vu qu’une bonne installation consomme aux environs de 12,5 W/m² pour obtenir 500 lux.
Liste des locaux
Surfaces
Lampes
Puissance spécifique
Bureau C193
3,2 x 6,45 m²
6 réglettes avec un tube fluorescent de 36 W
6 x 36 x 1,2*/3,2 x 6,45 = 12,6 W/m²
* : multiplication de la puissance des lampes par le facteur 1,2 pour tenir compte de la consommation des ballasts.
Bureaux B331 à B334
3,2 x 4,9 m²
2 luminaires direct/indirect avec ventelles planes équipés de 2 tubes fluorescents de 36 W
4 x 36 x 1,2/3,2 x 4,9 = 11 W/m²
Bâtiments des Sciences 14 & 15
Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.
Malgré que l’installation soit ancienne, l’installation est performante au niveau énergétique et les niveaux d’éclairement sont relativement bons : de 350 à 500 lux.
En effet, un luminaire équipé d’un réflecteur sans ventelles ni diffuseur a un bon rendement. Le seul problème est l’éblouissement qu’il provoque.
Liste des locaux
Surfaces
Lampes
Puissance spécifique
Bureau B117
4,8 x 7,45 m²
8 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W
8 x 58 x 1,2/4,8 x 7,45 = 13,8 W/m²
Bureau B107
7,45 x 7,45 m²
13 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W
13 x 58 x 1,2/7,45 x 7,45 = 13,6 W/m²
Bâtiment des Sciences 12
L’éclairage des bureaux consiste en des tubes fluorescents sur réglettes nues fixées sur un cadre de rail porteur leur servant aussi d’alimentation.
Tous les locaux visités avaient ainsi des puissances spécifiques très différentes. Celles-ci variaient de 7,2 à 23 W/m² avec une moyenne de 15 W/m².
Il est en effet assez facile avec un système de rails porteurs d’ajouter des réglettes. On peut supposer qu’au fil des années, des luminaires ont été ajoutés ou enlevés.
Une puissance spécifique moyenne de 15 W/m² ne permet pas de réaliser une rénovation rentable.
Liste des locaux
Surfaces
Lampes
Puissance spécifique
Bureau B189-12
2,4 x 3,5 m²
4 luminaires de 1 x 36 W
4 x 36 x 1,2/2,4 x 3,5 = 20,6 W/m²
Bureau B141
2,4 x 7,1 m²
5 luminaires de 1 x 36 W
5 x 36 x 1,2/2,4 x 7,1 =12,7 W/m²
Bureau B179
5,5 x 7,1 m²
14 luminaires de 1 x 36 W
14 x 36 x 1,2/5,5 x 7,1 = 15,5 W/m²
Bâtiment de l’Institut des Langues Vivantes
L’éclairage est constitué de luminaires à diffuseurs prismatiques jaunis par le temps.
On peut espérer diminuer la puissance de près de moitié. De plus, les temps d’occupation sont, à première vue, relativement longs. La rénovation d’une telle installation valait la peine d’être envisagée.
Liste des locaux
Surfaces
Lampes
Puissance spécifique
Local de cours a109
7,9 x 7,9 m²
9 luminaires de 2 x 58 W
9 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20 W/m²
Bureau a140
3 x 5,6 m²
3 luminaires de 2 x 58 W
3 x 2 x 58 x 1,2/3 x 5,6 = 25 W/m²
Le bâtiment et l’installation de l’éclairage existante
Description brève et détermination des locaux types
Les locaux sont répartis sur 3 niveaux. La cage d’escalier ainsi que l’ascenseur se trouvent au centre du bâtiment. Un couloir court autour de la cage d’escalier. À partir du couloir, on accède aux différents locaux. D’un côté, on trouve des bureaux, de l’autre, des laboratoires de langues.
Plan du 1er étage :
Dans ce bâtiment, il y a donc 5 locaux – types :
les bureaux,
les classes,
le hall,
les couloirs,
les sanitaires.
L’étude se fera sur un de chacun de ces locaux types.
L’installation d’éclairage actuelle
L’installation d’éclairage est constituée de luminaires à diffuseur prismatique en saillies.
Les tubes sont des T8 et les ballasts sont électromagnétiques.
L’emplacement et la puissance totale des luminaires est indiquée sur le plan ci-dessus.
Utilisation des locaux et gestion de commande
Les bureaux
Occupation: il y a des baies vitrées sur toute la largeur de la façade et les ordinateurs sont placés perpendiculairement aux fenêtres. Les luminaires sont allumés dès l’occupation des bureaux. Les bureaux sont occupés en majorité par les professeurs de langues.
En cours d’étude, il s’est avéré que les bureaux étaient moins occupés que prévu. Un bureau est en général occupé par l’équivalent d’un plein temps (1 plein temps, 2 mi-temps etc.). Un professeur à plein temps donne 16 h de cours par semaine. Un bureau est donc occupé 22 heures par semaine, et ce pendant 32 semaines par an, soit 704 h/an. Ils ne sont en principe pas occupés pendant juillet et août.
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.
Les locaux de cours
Occupation : vu le peu d’éclairage naturel, les luminaires sont allumés systématiquement quand les locaux sont occupés. Après leur occupation, ils sont éteints et fermés à clé. Les locaux ne restent donc, en principe, pas allumés inutilement. Les locaux de cours sont occupés en moyenne de 8 h 30 à 19 h 30, soit 11 h 00 par jour pendant 160 jours/a. N.B.: Les chiffres ci-dessus représentent une moyenne, les locaux sont pour certains utilisés jusque 21h00.
Commande : l’ensemble des luminaires d’un local est commandé par de simples télérupteurs.
Le hall et les petits couloirs
Occupation : il y a très peu d’éclairage naturel. L’éclairage est allumé à partir de 8 h 00 (allumé par les femmes de ménage) et éteint en fin de journée par le gardiennage, à partir de 21 heures. Et ce, 160 jours par an.
Le hall est très fréquemment occupé. Il est fréquenté par les étudiants pendant les interruptions de cours, par ceux qui arrivent en avance, etc… De plus, on y a installé un distributeur de boissons, ce qui augmente encore les allées et venues.On a considéré qu’il est occupé pendant un quart d’heure toutes les heures aux inter-cours et que pendant les heures de cours, il y a un passage toutes les 5 minutes. Et ce de 8 h 00 à 20 h 00.
Les couloirs ne servent qu’au passage (en moyenne : 1 passage toutes les 10 minutes de 8 h 00 à 17 h 30).
Commande : l’ensemble des luminaires est commandé par des télérupteurs répartis dans le hall et les couloirs.
Les sanitaires
Occupation : les luminaires sont allumés en permanence de 8 h 30 à 21 h 00. En fin de journée, l’éclairage est éteint par le gardiennage, et ce pendant les 160 jours d’occupation du bâtiment.
Tout comme le hall, les sanitaires sont très fréquemment occupés (en moyenne 15 minutes toutes les heures pendant les inter-cours, et 1 passage toutes les 10 minutes pendant les cours et ce, de 8 h 30 à 20 h 00).
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.
Le diagnostic
La puissance installée
Les bureaux
Les bureaux ont quasi tous les mêmes dimensions : 3 mètres de large sur 5 m 60 de long. Ils sont éclairés par 3 appareils de 2 x 58 Watts.
Puissance spécifique :
= 3 x 2 x 58 x 1,2*/3 x 5,6 = 24,9 W/m²
Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m²/100 lux, soit 12,5 W/m² (500 lux).
Les classes
Il y a 6 laboratoires de cours de dimensions presque équivalentes : 7 m 90 x 7 m 90 éclairés par 9 luminaires de 2 x 58 Watts.
Puissance spécifique :
= 9 x 2 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20,1 W/m²
à comparer à 12,5 W/m² (pour 500 lux).
Le hall
54 m² de hall sont éclairés par 8 luminaires de 1 x 58 W.
Puissance spécifique :
= (8 x 58) x 1,2/54 = 10,3W/m²
à comparer à 5 W/m² pour 200 lux.
Les couloirs
Un couloir de 30 m² est éclairé par 5 luminaires de 1 x 36 W.
Puissance spécifique :
= (5 x 36) x 1,2/30 = 7,2W/m²
à comparer à 3,75 W/m² (150 lux).
En moyenne, la puissance installée pourra donc être réduite de près de la moitié.
Si l’on ajoute à cela, des temps d’occupation relativement élevés, pour la plupart des locaux, on peut supposer que la rénovation sera rentable.
Le confort
Le confort n’est pas un critère déterminant dans ce projet.
Néanmoins, pour pouvoir comparer le confort avant et après rénovation, nous avons relevé, au luxmètre, le niveau d’éclairement moyen des différents locaux types.
dans les bureaux : 475 lux (variant de 400 à 550 lux)
dans les classes : 325 lux (variant de 295 à 350 lux)
dans les petits couloirs : 85 lux (variant de 60 à 110 lux)
dans le couloir central : 200 lux
La gestion de commande actuelle
En observant le mode d’utilisation des locaux et la présence d’éclairage naturel, nous nous sommes posés la question suivante :
« Arrive-t-il que des locaux ou parties de locaux soient éclairés artificiellement alors que ça n’est pas nécessaire ou qu’ils soient éclairés au-dessus du niveau nécessaire ? »
Nous avons relevés les « dysfonctionnements » suivants
Les petits couloirs sont éclairés en même temps que le hall alors que ce dernier est fréquemment occupé mais que le passage dans les petits couloirs se fait au rythme de 1 toutes les 10 minutes environ de 8 h 30 à 17 h 30.
Le hall reste éclairé en permanence alors qu’il est surtout occupé un peu avant, pendant et après les inter-cours.
L’éclairage des sanitaires reste aussi allumé toute la journée alors qu’ils sont également surtout utilisés aux environs des inter-cours.
D’autre part :
Dans les bureaux, tous les luminaires sont allumés dès que les bureaux sont occupés alors qu’il y a des vitres toute la largeur des bureaux. Nous avons dès lors mesuré l’éclairement sous la première rangée de luminaires sans éclairage artificiel. Cette mesure s’est faite au mois de novembre vers 14 h 00. L’éclairement était de 150 lux. Cette valeur très basse s’explique par la présence d’un bâtiment en face des baies qui « prend » beaucoup de lumière naturelle.
D’autre part, les bureaux sont relativement petits et ne nécessitent donc pas de zonage.
Une gestion de commande en fonction de l’éclairage naturel n’est donc pas adéquate.
Le choix de l’installation d’éclairage
Démarche et étude préalable
La démarche classique consiste à demander des propositions d’installation accompagnées d’études photométriques (= études visant à donner les isolux d’une installation, l’éclairement moyen et l’uniformité). Ces études sont demandées aux fabricants, aux fournisseurs ou sont faites par le responsable technique lui-même s’il dispose des disquettes de calcul d’éclairage des fabricants.
Pour toute installation qui répond aux critères de confort, une demande de prix (matériel + placement) est faite à un (des) installateur(s).
La proposition la plus intéressante est retenue.
La démarche a été quelque peu différente ici.
La maintenance de l’UCL dispose de son propre installateur.
Suite à leur expérience de la maintenance de l’UCL et selon leurs critères financiers, il n’est intéressant de rénover une installation que si les anciens luminaires sont remplacés par de nouveaux luminaires positionnés au même endroit. Ainsi l’installation n’exige aucune modification de câblage.
Les responsables de la maintenance disposent d’un prix de placement standard. Ce prix comprend le démontage des anciens appareils et le placement des nouveaux appareils.
Ce prix est très faible et il est illusoire de rechercher un prix plus bas.
Encombrement des nouveaux luminaires par rapport aux précédents
Dans les locaux de cours, le câblage des luminaires se fait par le faux plafond, via les interstices entre les lamelles. Les luminaires sont fixés par des tiges dans les hourdis, tiges qui passent également dans les interstices entre les lamelles. Il n’y a aucun percement dans les lamelles qui sont donc récupérables. Les fixations se trouvent à 18 cm des extrémités. On peut donc y fixer un appareil légèrement plus court (des luminaires de x fois 36 W par exemple).
Dans les bureaux et les couloirs, il n’y a pas de faux plafonds. Les luminaires sont câblés soit en apparent, soit par un percement dans les hourdis. Les fixations se trouvent à une certaine distance des extrémités. On peut donc également y fixer des appareils plus courts (x fois 36 Watts ou équivalents). Au cas où les luminaires auraient une longueur plus petite, il suffirait d’ajouter un morceau de tube et de câble.
Niveaux d’éclairement souhaité
Pour l’éclairage des classes et bureaux, le service de Sécurité & Hygiène demande, en tout point du plan de travail, un éclairage minimum de 300 lux. Au cas où l’éclairage général peut être complété par un éclairage d’appoint (cas des bureaux), l’éclairement minimum exigé est de 200 lux. Ces exigences correspondent à celles du RGPT (« Règlement Général pour la Protection au Travail« ). Nous n’avons pas tenu compte du dernier cas (200 lux minimum), car nous trouvons ces niveaux fort bas.
Dans les bureaux, personne ne travaille contre une paroi. La zone de travail est donc la surface du local dont on retire 50 cm le long des parois.
Dans les locaux de cours, des tables peuvent être placées contre les murs, et la zone de travail est donc égale à la surface du local.
Dans le hall central, nous avons demandé un éclairement moyen de 200 lux minimum. En effet, celui-ci est un lieu d’attente, occupé par des étudiants qui révisent leurs cours. De plus, c’est l’éclairement actuel.
Il restait donc à faire une demande de prix (matériel uniquement) d’une nouvelle installation avec des luminaires placés au même endroit que les anciens appareils. Cette demande de prix a été faite à plusieurs fabricants.
Demande de prix – modèle de courrier aux fabricants
Concerne : rénovation de l’installation d’éclairage de l’Institut des Langues Vivantes (I.L.V) à l’U.C.L. (Louvain-la-Neuve)
Monsieur, Je suis chargée de la rénovation dont il est question ci-dessus.
Pourriez-vous me remettre une étude photométrique sur base de vos produits ?
Les luminaires seront placés aux mêmes endroits que les luminaires actuels (voir plan à l’échelle en annexe).
Ils seront de type « en saillie ». Ils pourront être légèrement plus courts (luminaires de x fois 36 Watts ou de longueur équivalente)
Dans les bureaux, les luminaires seront à basse luminance (luminance < 200 cd/m² au-delà de 60° par rapport à la verticale ou CIBSE cat. 2).
Dans les locaux de cours et les couloirs, les luminaires seront à ventelles planes avec un angle de défilement maximum de 65°.
Les luminaires seront équipés de ballasts électroniques.
L’éclairement minimum dans la zone de travail des locaux de cours et bureaux est de 300 lux.
Dans les bureaux, la zone de travail est la surface du local de laquelle on retire une bande de 50 cm le long des parois.
Dans les classes, la zone de travail correspond à la surface du local, de laquelle on retire une bande 50 cm à l’arrière du local.
Dans le hall, l’éclairement moyen sera d’au moins 200 lux. Dans les petits couloirs, il peut être limité à 100 lux.
Les calculs d’éclairement se feront sur une grille minimale correspondant à la norme NBN L 14 – 002.
Le plan utile se trouve à 80 cm dans les classes et bureaux et au niveau du sol dans les couloirs. Le facteur de dépréciation doit être pris égal à 0,9.
Les coefficients de réflexion des parois seront de 0,7 (plafond), 0,5 (murs), 0,3 (sol).
L’étude doit être accompagnée des fiches techniques des luminaires ou d’un catalogue.
Pourriez-vous me remettre votre meilleur prix pour le … au plus tard.
Nous disposons de notre propre équipe de placement. Pouvez-vous, dès lors, nous accorder votre remise ‘installateur’ et nous remettre votre meilleur prix net.
Je vous en remercie, et vous prie de croire, Monsieur, en l’assurance de ma meilleure considération.
Annexe : un plan à l’échelle 1/100° avec les luminaires actuels.
Remise des offres et choix des luminaires
Différentes offres nous ont été remises.
Nous avons retenu celles qui répondaient à la demande.
Pour toutes ces offres, nous avons ensuite vérifié différents critères de qualité du matériel dans les catalogues ou sur les fiches techniques
la puissance spécifique est inférieure à 2,5W/m²/100 lux,
le rendement des luminaires est de minimum 65 % pour les luminaires basse luminance et 70 % pour les luminaires à ventelles planes,
le réflecteur est en aluminium satiné,
l’indice de protection est de minimum IP20 dans les classes et les bureaux et de IP44 dans les sanitaires,
la résistance aux chocs est d’au moins 0,5 joule dans les classes et bureaux et de 6 joules dans les couloirs,
dans les classes et bureaux, les luminaires sont de classe I (nous disposons d’un conducteur de terre) et de classe II dans les sanitaires,
les autres appareils électriques du bâtiment sont protégés contre les signaux haute fréquence (label énec),
la maintenance est aisée : par exemple, diffuseur rabattable et décrochable des 2 côtés sans outils,
il n’y avait aucune vérification à faire au niveau de l’inflammabilité, vu que les luminaires seront montés soit sur un faux plafond à lamelles ou sur la dalle en béton.
Parmi toutes les offres répondant aux critères, nous avons sélectionné celle offrant le meilleur prix.
Quelques extraits de l’offre retenue
Bureau-type
Équipement : 3 luminaires basse luminance de 1 x 58 W avec ballast électronique – CIBSE cat. 2
Dimensions du local
Longueur x Largeur
5,6 x 3,0 m
Hauteur
2,75 m
Hauteur du plan de travail
0,8 m
Hauteur de suspension
2,75 m
Luminaire
-/158
Rendement du luminaire 66,9 %
Éclairement souhaité
Moyen 400 lux
Facteurs de réflexion
Plafond/Parois/Sol
70/50/20 %
Implantation
Nombre de luminaires
3
1 867 m
Lampe
58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique
Flux lumineux d’une lampe
5 000 lm
Facteur de dépréciation
0,90
Facteur de correction
1,00
Résultats
Éclairement moyen 500 lux
Uniformité (Emin/Emoy) 0,54
2,79 m
268
305
333
370
351
322
351
370
333
305
268
2,36 m
394
446
491
564
524
474
524
564
491
446
394
1,93 m
498
559
618
726
664
594
664
726
618
559
498
1,50 m
541
605
672
792
723
646
723
792
672
605
541
1,07 m
498
559
618
726
664
594
664
726
618
559
498
0,64 m
394
446
491
564
524
474
524
564
491
446
394
0,21 m
268
305
333
370
351
322
351
370
333
305
268
E(lx)
0,25
m
0,76
m
1,27
m
1,78
m
2,29
m
2,80
m
3,31
m
3,82
m
4,33
m
4,84
m
5,35
m
Vu que l’on impose l’emplacement des luminaires, le choix de l’installation est limité. C’est pourquoi, on obtient un éclairement moyen de 500 lux alors qu’un éclairement moyen de 400 lux aurait probablement suffi.
La « zone de travail », où l’éclairement minimum (c’est-à-dire en tout point) doit être d’au moins 300 lux, est égale à la surface du local de laquelle on retire 50 cm le long des parois. Le tableau ci-dessus nous montre, si l’on interpole pour obtenir une valeur à 50 cm des parois, que cette condition est bien respectée.
Prix nets des luminaires : 74,5 (HTVA), soit 90,2 € (TVAC)
Classe-type
Équipement : 9 luminaires à ventelles blanches de 1 x 58 W avec ballast électronique.
Dimensions du local
Longueur x Largeur
7,9 x 7,9 m
Hauteur
2,95 m
Hauteur du plan de travail
0,8 m
Hauteur de suspension
2,95 m
Luminaire
-/158
Rendement du luminaire 70,5 %
Éclairement souhaité
Moyen 400 lux
Facteurs de réflexion
Plafond/Parois/Sol
70/50/20 %
Implantation
Nombre de luminaires
9
2,633 m
2,633 m
Lampe
58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique
Flux lumineux d’une lampe
5 000 lm
Facteur de dépréciation
0,90
Facteur de correction
1,00
Résultats
Éclairement moyen 428 lux
Uniformité (Emin/Emoy) 0,63
7,54 m
274
271
315
410
351
289
351
410
315
271
274
6,82 m
374
369
429
568
480
389
480
568
429
369
374
6,10 m
387
382
448
596
504
407
504
596
448
382
387
5,39 m
358
353
419
557
474
383
474
557
419
353
358
4,67 m
384
379
448
595
506
409
506
595
448
379
384
3,95 m
418
413
486
644
546
442
546
644
486
413
418
3,23 m
384
379
448
595
506
409
506
595
448
379
384
2,51 m
358
353
419
557
474
383
474
557
419
353
358
1,80 m
387
382
448
596
504
407
504
596
448
382
387
1,08 m
374
369
429
568
480
389
480
568
429
399
374
0,36 m
274
271
315
410
351
289
351
410
315
271
274
E(lx)
0,36
m
1,08
m
1,80
m
2,51
m
3,23
m
3,95
m
4,67
m
5,39
m
6,10
m
6,82
m
7,54
m
On a donc bien 300 lux minimum dans toute la « zone de travail ».
Prix nets des luminaires : 56,25 € (HTVA), soit 68 € (TVAC)
Hall central
Équipement : 8 luminaires à ventelles blanches de 1 x 36 W avec ballast électronique
Dimension du local
Longueur x largeur
9,0 x 5,8 m
Hauteur
3,3 m
Hauteur du plan de travail
0,0 m
Hauteur de suspension
3,3 m
Facteurs de réflexion
Plafond/parois/sol
70/50/20 %
Implantation
Nombre de luminaires
8
2,25 m
2,2 m
Lampe
36 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840 avec ballast électronique
Flux lumineux d’une lampe
3 200 lm
Facteur de dépréciation
0,90
Facteur de correction
1,00
Luminaire
-/136
Rendement du luminaire
72,8 %
Éclairement souhaité
Moyen
200lux
Résultats
Éclairement moyen 255 lux
Uniformité (Emin/Emoy) 0,51
5,54 m
131
150
171
184
197
199
194
199
197
184
171
150
131
5,01 m
159
185
214
232
249
252
245
252
249
232
214
185
159
4,48 m
185
219
256
278
299
302
293
302
299
278
256
219
185
3,95 m
205
245
289
313
337
341
329
341
337
313
289
245
205
3,43 m
215
257
303
328
355
359
346
359
355
328
303
257
215
2,90 m
218
260
307
333
360
364
352
364
360
333
307
260
218
2,37 m
215
257
303
328
355
359
346
359
355
328
303
257
215
1,85 m
205
245
289
313
337
341
329
341
337
313
289
245
205
1,32 m
185
219
256
278
299
302
293
302
299
278
256
219
185
0,79 m
159
185
214
232
249
252
245
252
249
232
214
185
159
0,26 m
131
150
171
184
197
199
194
199
197
184
171
150
131
E(lx)
0,35
m
1,04
m
1,73
m
2,42
m
3,12
m
3,81
m
4,50
m
5,19
m
5,88
m
6,58
m
7,27
m
7,96
m
8,65
m
On a donc bien un éclairement moyen de plus de 200 lux.
Prix nets des luminaires : 25 € (HTVA), soit 63 € (TVAC).
Les puissances installées sont minimes. Il n’est donc pas rentable de changer l’éclairage. Nous n’avons donc retenu aucune étude.
Calculs de rentabilité
Les coûts de démontage + montage d’un luminaire, de remplacement des lampes, du KWh ont été donnés par la maintenance de l’U.C.L. (TVAC).
Le prix pour allonger un câble lorsqu’on remplace un luminaire d’une certaine puissance par un luminaire plus court d’une puissance inférieure a été donné par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.
Bureaux
Un bureau de : 3 x 5,6 =
16,8 m2
Un éclairement de minimum (en tous point) :
300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :
704 h/an
Prix du kWh :
0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :
11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :
6,05 €
–
Ancienne installation
Nouvelle installation
Économie annuelle
Équipement
3 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.
3 luminaires haut rendement basse luminance avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.
–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)
3 x 2 x 58 x 1,2 W = 418 W
3 x 1 x 56 x 1,2 W = 168 W
–
Puissance spécifique
418 W/16,8 m2 = 25 W/m2 ou 5,26 W/m2/100 lux
168 W/16,8 m2 = 10 W/m2 ou 1,7 W/m2/100 lux
–
Niveau d’éclairement estimé
475 lux
500 lux
–
Coût énergétique
418 W x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 29,4 €/an
168 x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 11,8 €/an
17,6 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes
8 000 h
16 000 h
Coût d’achat des lampes
3 x 2 x 2,25 € x 704 h/8 000 h = 1,2 €/an
3 x 1 x 3,7 € x 704 h/16 000 h = 0,5 €/an
0,7 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes
3 x 2 x 6,05 € x 704 h/8 000 h = 3,2 €/an
3 x 2 x 6,05 € x 1 800 h/16 000 h = 0,8 €/an
2,4 €
Économie annuelle
Économie totale
20,7 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires
–
3 x 11,25 € = 33,75 €
–
Achat des luminaires
–
3 x 90,2 € = 270,5 €
–
Achat des lampes
–
3 x 3,68 € = 11,025 €
–
Prime
–
– 75 €/kW x 0,418 kW = – 31,35 €
–
Investissement total
283,925 €
Rentabilité
Temps de retour
13 ans
Classes
Un local de cours de : 7,9 x 7,9 =
62,4 m2
Un éclairement de minimum (en tous points) :
300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :
11 h/jour
220 jours/an
soit 1 760 h/an
Prix du kWh :
0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :
11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :
6,05 €
Ancienne installation
Nouvelle installation
Économie annuelle
Équipement
9 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.
9 luminaires haut rendement à ventelle blanches avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.
–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)
9 x 2 x 58 x 1,2 W = 1 253 W
9 x 1 x 56 W = 504 W
–
Puissance spécifique
1 253 W/62,4 m2 = 20,1 W/m2 ou 7,1 W/m2/100 lux
504 W/62,4 m2 = 8,1 W/m2 ou 1,8 W/m2/100 lux
–
Niveau d’éclairement estimé
285 lux
428 lux
–
Coût énergétique
1 253 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 227,7 €/an
504 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 91,6 €/an
136,125 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes
8 000 h
16 000 h
–
Coût d’achat des lampes
9 x 2 x 2,25 x 1 760 h/8 000 h = 8,9 €/an
9 x 1 x 4,55 € x 1 760 h/16 000 h = 4,5 €/an
4,4 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes
9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/8 000 h = 23,95 €/an
9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/16 000 h = 6 €/an
17,95 €
Économie annuelle
Économie totale
158,5 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires
–
9 x 11,25 € = 101,25 €
–
Achat des luminaires
–
9 x 68 € = 612,7 €
–
Achat des lampes
–
9 x 1 x 4,55 € = 40,95 €
–
Prime
–
– 75 €/kW x 1,253 = -93,975 €
–
Investissement total
660,925 €
Rentabilité
Temps de retour
4,2 ans
Hall central
Un hall de : 9,2 x 5,8 =
53,6 m2
Un éclairement recommandé de :
200 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :
13 h/jour
160 jours/an
soit 2 080 h/an
Prix du kWh :
0,1 €
Allongement du câble d’alimentation du luminaire :
29,3 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire
11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :
6,05 €
–
Ancienne installation
Nouvelle installation
Économie annuelle
Équipement
8 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 1 lampe de 58 W type 640 et ballast inductif.
8 luminaires haut rendement à ventelles blanches avec 1 lampe de 36 W type 840 et ballast électronique.
–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)
8 x 1 x 58 x 1,2 W = 557 W
8 x 1 x 36 W = 288 W
–
Puissance spécifique
557 W/53,6 m2 = 10,4 W/m2
288 W/53,6 m2 = 5,37 W/m2 ou 2,1 W/m2/100 lux
–
Niveau d’éclairement estimé
200 lux
255 lux
–
Coût énergétique
557 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 119,6 €/an
288 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 61,85 €/an
57,75 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes
8 000 h
16 000 h
–
Coût d’achat des lampes
8 x 1 x 2,25 € x 2 080 h/8 000 h = 4,7 €/an
8 x 1 x 3,7 € x 2 080 h/16 000 h = 3,8 €/an
0,9 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes
8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/8 000 h = 12,57 €/an
8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/16 000 h = 6,28 €/an
6,29 €
Économie annuelle
Économie totale
64,94 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires + prolongation câble d’alimentation
–
8 x (11,25 + 29,3) € = 324,6 €
–
Achat des luminaires
–
8 x 62,9 € = 503,2
–
Achat des lampes
–
8 x 1 x 3,675 € = 29,4 €
–
Prime
–
– 75 €/kW x 0,557 kW = – 41,775
–
Investissement total
815,425 €
Rentabilité
Temps de retour
12,6 ans
Un temps de retour élevé dans le hall était prévisible. En effet, les puissances initiales sont faibles par rapport à d’autres locaux vu que les niveaux d’éclairement sont relativement faibles. De plus, on installe plusieurs appareils de petite puissance afin d’obtenir un niveau une bonne répartition de l’éclairement.
Les gains possibles en énergie sont donc faibles pour des coûts d’investissement élevés. Le temps de retour est dès lors élevé.
Dans les calculs précédents, l’étude de l’occupation des locaux est déterminante.
Elle interviendra aussi dans les calculs de rentabilité de la gestion de commande.
Cette étude n’est pas facile à réaliser lorsque la personne qui étudie la rénovation n’occupe pas elle-même les locaux. Un soutien local est alors nécessaire (ici, le secrétariat de l’I.L.V.).
Le choix de la gestion de commande
Démarche
Pour chacun des « disfonctionnements » de la gestion de commande actuelle, on cherchera une solution dans les différents éléments possibles d’une gestion de commande.
Ces éléments sont les suivants :
horloge générale,
zonage et commande séparée des différentes zones,
éclairage à 2 composantes (éclairage ponctuel) permettant un niveau d’éclairement général plus faible,
commande séparée des différentes rangées parallèles aux fenêtres,
minuteries,
détecteurs de présence,
dimming en fonction de la lumière du jour.
Ensuite, un calcul de rentabilité permet de sélectionner des éléments qui seront retenus.
Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de logiciels pour évaluer les économies réalisables par la gestion en fonction de l’éclairage naturel.
Solution pour chacun des disfonctionnments
Il n’est pas nécessaire que les petits couloirs soient allumés chaque fois qu’il y a quelqu’un dans le hall central.
> zonage : commandes séparées pour les petits couloirs et pour le hall (A),
> + minuterie pour chaque petit couloir (C).
Le hall est constamment éclairé alors qu’il est surtout occupé lors des inter-cours
> détecteur de présence pour le hall (B) (minuterie pas adaptée car les gens restent dans le hall et il est gênant de devoir actionner le bouton – poussoir toutes les 10 minutes).
Les sanitaires sont occupés surtout aux alentours des inter-cours, mais restent allumés jusqu’au passage de la maintenance à 21 h 00.
> détecteurs de présence (D).
Calculs de rentabilité
Les différents coûts ont été donnés par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.
A. Séparation de la commande du hall et des petits couloirs
Le coût pour réaliser cette séparation de commande est de 471 € (TVAC).
Ce coût est intégré dans le calcul de rentabilité du placement de minuteries dans les petits couloirs.
B. Placement de détecteurs dans le hall central
Trois détecteurs seront placés. Leur portée frontale est de 12 m et leur portée latérale est de 2 x 6 m.
Ils couvriront donc bien l’ensemble du hall central.
Le coût des détecteurs (matériel + placement) s’élève à 200 € (TVAC)/détecteur.
Nous avons réalisé un calcul de rentabilité pour estimer le temps de retour de cet élément de rénovation.
Le calcul ne nous permet de ne rentrer qu’un seul type de lampe, nous avons donc remplacé les 9 tubes de 58 W et 3 tubes de 36 W par 11 tubes de 58 W.
On obtient un temps de retour de 107 ans.
Remarque : comme on a entré des prix TVAC mais que le programme de calcul utilise des prix du kWh HTVA, on a du adapter le calcul manuellement et on a obtenu un temps de retour de 52 ans. Ce qui est est également un temps de retour trop élevé.
Le calcul nous montre que la durée de vie des lampes va diminuer fortement : de 12 000 h à 4 000 h, ce qui augmente fortement les frais de remplacement des lampes.
Cet élément de gestion n’est donc pas intéressant.
C. Placement de minuteries dans les petits couloirs
Vu que la commande se fait par bouton-poussoir, il suffit de remplacer le télérupteur dans le tableau de distribution par une minuterie.
Une minuterie coûte 150,65 € (TVAC). Il faut ajouter à ce prix, le prix de séparation de la commande du hall et des petits couloirs : 470,7 €, soit un coût total de 621,45 €.
On a réalisé le même calcul que ci-dessus.
On a obtenu un temps de retour de 12,7 ans, en tenant compte d’un prix du kWh de 0,065 € (HTVA), soit 0,0775 € (TVAC).
D. Placement de détecteurs dans les sanitaires
Au total, 4 détecteurs devront être placés, un par espace fermé.
Leur prix est de 104,925 € (TVAC)/détecteur. Il s’agit de détecteurs qui se mettent à la place des interrupteurs.
On a réalisé le même calcul que ci-dessus pour le couloir du sanitaire.
On a obtenu un bilan nul. Ceci est dû à la diminution de durée de vie des lampes.
Vu ce résultat, les temps de retour des autres détecteurs n’ont pas été calculés.
(Dans ce programme, il vous sera demandé d’insérer le prix que vous payez par kWh électrique consommé. Si vous ne le connaissez pas, vous pouvez l’estimer grâce aux informations reprises dans la théorie « coût moyen du kWh électrique économisé« ).
Aucun élément de gestion de commande ne rencontre donc nos critères.
Les conclusions
Les calculs de rentabilité montrent qu’un temps de retour de 4 ans est difficile à atteindre. Ils nous révèlent par la même occasion, que nous avons eu raison d’opter pour une nouvelle installation de luminaires placés aux mêmes endroits que les luminaires existants. À défaut, les temps de retour auraient été plus élevés encore.
Un temps de retour de près de 4 ans est réalisé pour les classes uniquement, car :
la puissance initiale est élevée,
les temps d’occupation sont élevés,
ce sont des locaux avec des appareils de puissance unitaire élevée.
Suite aux résultats ci-dessus, seuls les locaux de cours seront rénovés.
L’économie annuelle pour l’ensemble des classes du 3° étage sera de 6 x 217,9 = 1307,55, environ.
Si, en rénovation, les temps de retour sont généralement longs, dans le cas d’une nouvelle installation le surinvestissement pour des appareils de qualité (haut rendement, avec ballasts électroniques, etc.) et pour une bonne gestion de commande sera vite récupéré. En effet, les frais de placement sont alors beaucoup moins importants.
La suite de l’histoire
Les travaux ont été réalisés progressivement, mais une université évolue et au cours du temps diverses adaptations des locaux se sont révélées nécessaires.
L’organisation de ceux-ci a fortement changé et des travaux lourds ont été réalisés dans le bâtiment.
Dans le cadre de ces travaux, l’éclairage a été réétudié et fortement modifié. Il répond aux exigences actuelles en matière de confort et de consommation électrique.
Les nouvelles classes.
Un éclairage adapté.
Des détecteurs d’absence.
Il apparaît clairement qu’au cours des années écoulées la consommation d’électricité de ce bâtiment n’arrête pas de diminuer. En partie grâce à la modernisation de l’éclairage, mais aussi des installations informatiques des laboratoires de langue. De plus, comme partout ailleurs dans les bâtiments de l’université, des campagnes de sensibilisation ont amené un comportement beaucoup plus responsable des utilisateurs des installations électriques.
En 2001, une rénovation complète de la chaufferie et de la ventilation a conduit à une bonne adéquation des installations de chauffage par rapport aux besoins thermiques du bâtiment. Sans oublier une amélioration thermique des façades. Un impact considérable sur la consommation spécifique du bâtiment.
La Résidence « Les Trois Rois » à Visé fait partie de l’IPAL (Intercommunale des Personnes Agées de Liège et environs) et compte 65 lits en MRS, 25 lits en MR et 8 places en accueil et soins de jour.
Première étape : l’état des lieux
Avant rénovation, la production de chaleur pour tous les besoins du bâtiment était assurée par 3 chaudières au gaz atmosphériques de 732 kW chacune soit au total 2 196 kW. Sur base de la consommation de gaz pour le chauffage et la ventilation ainsi que de la surface à chauffer, soit 6 550 m², la consommation spécifique annuelle normalisée était d’environ 276 kWh/m². Pour se situer et évaluer la marge de progression potentielle, rien de tel que de se comparer : un bâtiment neuf, répondant à la norme régionale de l’époque du k55, consommerait quant à lui environ 85 kWh/m² en considérant les technologies standards. Soit plus de 3 fois moins.
Ce qui justifie cette différence
La conception du bâtiment date d’avant 1973 et par conséquent, aucune mesure particulière prise sur le plan énergétique. On ne s’en souciait guère avec un prix du mazout de chauffage ridicule. On constate un manque total d’isolation thermique (simple vitrage et murs non isolés, toiture, quant à elle, isolée lors de la rénovation de l’étanchéité) et un surdimensionnement des chaudières atmosphériques. De plus, elles présentent un faible rendement nominal à pleine charge et des pertes à l’arrêt par balayage importantes vers la cheminée.
Complète rénovation
Un réajustement de la puissance installée. En effet, la puissance nécessaire actuellement au chauffage et à l’eau chaude sanitaire est d’environ 1110 kW. De plus, l’opportunité de placer une chaudière à condensation fut saisie. La condensation des fumées au contact de l’eau de retour et la récupération de la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau des fumées est d’autant plus grande que la température de retour est inférieure à 57°C. Pour cela, le régime d’eau nominal doit être de l’ordre de 70/55. Condition pouvant être remplie aux « Trois Rois ». En effet, avant travaux le régime d’eau était déjà de 70/60 et le retour à 60°C était dû à un débit de circulation élevé, un surdimensionnement homogène et important des radiateurs permettant un régime plus bas, une production de l’eau chaude sanitaire indépendante. Dès lors une chaudière à condensation de 460 kW fut placée en toiture ainsi qu’une chaudière gaz haut rendement de dépannage et une autre en sous-sol de 225 kW pour la production de l’eau chaude sanitaire. Régulation pour chaque aile avec sonde de température extérieure et équipement de l’ensemble des corps de chauffe de vannes thermostatiques (242 au total).
Ventilation mécanique des chambres
Auparavant, seul le manque d’étanchéité des vieux châssis permettait d’assurer un certain renouvellement d’air qui était bien entendu aléatoire. Aujourd’hui, les résidents profitent dans leur chambre d’une installation de ventilation mécanique double flux (pulsion dans la chambre et extraction au niveau du plafond des sanitaires).
Les débits de ventilation prévus sont les suivants :
chambre à 1 lit : 50 m³/h
chambre à 2 lits : 75 m³/h
salle de bain commune : 75 m³/h
séjour : 150 m³/h
autres locaux : 50 m³/h
Le taux global de renouvellement d’air est ainsi d’environ 1 volume par heure.
On soulignera qu’un récupérateur de chaleur permet de préchauffer l’air neuf avec l’air extrait et qu’il est prévu la possibilité de pulser de l’air extérieur non réchauffé afin de rafraîchir le bâtiment en été (principe du free cooling) grâce à un by-pass de l’échangeur de récupération. Cependant, l’effet tangible de ce free cooling reste toutefois limité (de l’ordre de 180 W par chambre) car le débit d’air est limité.
L’humidité relative est, quant à elle, contrôlée par un humidificateur électrique à vapeur.
Sus aux vieux châssis !
Parallèlement, les 163 vieux châssis (443 m² au total) ont été enlevés et remplacés par des châssis en aluminium à coupure thermique présentant un coefficient de conductivité thermique U=1,8 W/m²K et 56 stores extérieurs pare-soleil agrémentent les fenêtres exposées plein sud pour limiter les surchauffes estivales.
Bilan des consommations
L’ensemble de ces opérations a permis de ramener la consommation spécifique à 147 kWh/m² ce qui correspond à une diminution de près de 50% et une économie financière en 2003 sur la facture d’énergie de 18 000 €.
En détail
Économique
Investissement châssis et installation de chauffage : 256.300 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGASS et de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
William COMBLAIN
Directeur Résidence « Les Trois Rois »
Tél : 04 374 91 11
Email : w.comblain@ipal.be Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Quatre petits locaux de consultation, situés au rez-de-chaussée de l’hôpital, sont à rénover. Faut-il les climatiser ? Une ventilation peut-elle suffire ? Quelle solution choisir ?
Étudions l’un d’entre eux comme local-test.
Hypothèses
1 local aveugle, dont on maintient la température à 24°C, été comme hiver. On considère que les locaux voisins sont à même température, donc pas d’échanges thermiques par les parois. Le système doit évacuer la chaleur produite par les différentes charges internes.
A priori, il n’y a pas d’apport de chauffage à prévoir (puisque le local se chauffe par ses propres apports internes), sauf éventuellement pour préchauffer l’air de ventilation.
Estimation des charges internes
Surface du local (3,5 m x 4 m) : 14 m²
Volume du local (14 m² x 2,8 m) : 39,2 m³
Chaleur sensible à 24°C :
2,5 personnes x 71 W/pers : 178 W
Éclairage : 11 W/m² x 14 m² : 154 W
Ordinateur : 160 W
Divers (frigo, matériel,…) : 100 W
Total : 592 W
Puissance/m² : 42,3 W/m²
Bilan annuel des charges à évacuer
Utilisation 10h/jour en semaine : 29,6 kWh/semaine
Utilisation 52 semaines/par an : 1 539 kWh/an
Débit de ventilation hygiénique
30 m³/h.pers x 2,5 = 75 m³/h
Taux de renouvellement horaire : débit/volume 1,9 1/h
Solution 1 : ventilation à débit constant
Peut-on se passer de la climatisation ? Peut-on assurer le confort de ces locaux par une simple ventilation ? Après tout, durant tout l’hiver, l’air extérieur est froid et permet une réfrigération gratuite. Et en été, il est possible de rafraîchir le local la nuit…
Cas d’une ventilation hygiénique (24h/24h)
Une simple pulsion mécanique est organisée, et les débits d’air (ici, 75 m³/h, soit 1,9 renouvellement horaire) sont évacués par les inétanchéités du local.
On suppose une ventilation à débit constant, basée sur une température de pulsion minimale de 16°C (soit un écart maximal de 8°C par rapport à l’ambiance). Pendant la nuit, la ventilation est poursuivie si T° > 22°C.
Cette ventilation est-elle suffisante pour assurer une température confortable ?
S’il s’agit d’une simple ventilation hygiénique, la réponse est clairement non. La simulation durant une année climatique-type moyenne fournit les résultats suivants
Si le local est de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), la température de 26°C est dépassée 1 650 heures par an (sur un total de 2 600 heures d’occupation du local), la température de 30°C est dépassée 158 heures par an.
Si le local est de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), la température de 26°C est dépassée 1 570 heures par an, la température de 30°C est dépassée 6 heures par an.
Cas d’une ventilation renforcée
Que se passe-t-il si le débit de ventilation est doublé et que l’on admet que la température ambiante du local fluctue entre 22°C en hiver et 26°C en été ?
Le débit pulsé est de : 150 m³/h
Soit un taux de renouvellement de : 3,8 1/h (débit/volume)
On notera qu’un tel débit nécessite cette fois l’installation d’un double réseau : un réseau de pulsion et d’un réseau d’extraction.
Détails de fonctionnement.
En hiver, en journée, si T°ext < 16°C, un préchauffage de l’air à 16°C est réalisé.
En été, si la T°ext > 24°C, la ventilation continue quand même…
La nuit, si Tint > 22°C, la ventilation se poursuit mais sans préchauffage.
L’apport frigorifique maximal est de :
cap. cal de l’air x écart de soufflage x débit =
0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K] x 150 [m³/h] = 408 Watts
Ce qui montre que, malgré un débit 2 fois plus élevé que le débit minimum hygiénique, le rafraîchissement reste inférieur à la charge thermique du local (592 Watts).
Résultats de la simulation
On considère deux types de locaux (avec faible ou forte inertie) et le bilan est fait sur les 10 heures de fonctionnement en semaine.
Inertie
Nbre d’heures
T°int > 26°C
Nbre d’heures
T°int > 28°C
Nbre d’heures
T°int > 30°C
Faible
240
60
11
Élevée
140
14
4
Quel est le coût d’exploitation de cette solution ?
En réfrigération : 0 €, bien sûr.
En chauffage, il faut prévoir le préchauffage de l’air lorsque la température extérieure est inférieure 16°C, soit 75 % du temps ! Cela représente un besoin net de 1 113 kWh/an.
La consommation de combustible s’en déduit :
(Besoins nets / rendement système de chauffage) x prix de revient du combustible
En partant d’un litre de fuel à 0,25 € pour 10 kWh produits,
-> soit 8,95 €/m²/an En ventilation, il faut estimer la consommation des ventilateurs d’extraction et de pulsion qui tournent tant que T°int > 22°C, soit 3 180 heures/an.
En supposant un réseau pour les 4 locaux de 800 Pascals de perte de charge (pulsion + extraction), on obtient :
Puissance Ventilateur = débit x pertes de charge / rendement
= 150 [m³/h/local] x 4 [locaux] x 800 [Pa] / (0,45 x 3 600 [s/h]) = 296 Watts
Coût ventilation = puissance x temps de fonctionnement x prix du kWh
= 0,296 [kW] x 3 180 [h] x 0,1 [€/kWh] = 94,13 €
-> soit 6,72 [€/m²/an] (le prix du KWh est basé sur 2 600 Heures Pleines, 580 Heures Creuses et une participation à la pointe de puissance quart-horaire; le rendement de 0,45 est le rendement total du groupe de ventilation, assez faible pour ces petits débits)
Récapitulatif du coût d’exploitation
–
Refroidissement
[€/m²/an]
Chauffage
[€/m²/an]
Ventilateurs
[€/m²/an]
Total
[€/m²/an]
Chauffage électrique
0
8,95
6,72
15,67
Chauffage combustible
0
2,5
6,72
9,22
Conclusions
Le confort des occupants reste médiocre puisque la température intérieure dépasse 28°C durant 60 heures dans le cas du local avec faible inertie.
Seul le local à forte inertie parvient à maîtriser la surchauffe parce qu’il lui est possible de « déstocker » la chaleur durant la nuit, par le refroidissement nocturne.
Attention : la simulation est basée sur une année type-moyenne à Uccle. Or, dans l’année type-moyenne utilisée, la température ne dépasse jamais les 30°C. En cas d’été très chaud, la situation sera donc plus critique encore…
Si le débit d’air de ventilation était encore augmenté, les surchauffes diminueraient encore mais les besoins de préchauffage de l’air de ventilation augmenteraient !
Par exemple, avec un débit d’air de 8 renouvellements horaire, et une faible inertie, le nombre d’heures où la température dépasse 28°C est ramené à 20 heures par an, mais la consommation pour le préchauffage hivernal double : 2 200 kWh/an, … et un tel renouvellement horaire n’est pas aisé à réaliser sans inconfort.
La nécessité de prévoir un circuit de reprise, ainsi que le besoin de préchauffage de l’air de ventilation entraîne l’intérêt d’analyser le cas où il y aurait un recyclage de l’air (solution 3).
Solution 2 : climatiseur plafonnier
Un climatiseur est placé au plafond de chaque local.
L’évacuation de la chaleur sera prévue par un condenseur dans la cour extérieure (?) ou sur le toit de l’extension (?). Idéalement, il serait préférable de récupérer cette chaleur dans un local voisin (?). Par exemple, un sas d’entrée où le condenseur serait inséré dans un rideau d’air chaud, gratuitement alimenté par le refroidissement des locaux ! Pour le plein été, un condenseur complémentaire devrait être prévu pour évacuer la chaleur excédentaire. Autre solution : le condenseur pourrait préchauffer l’air neuf de ventilation.
Il sera énergétiquement plus efficace de raccorder tous les évaporateurs sur un même condenseur extérieur (système multisplit). De plus, on sélectionnera un appareil dans lequel le compresseur est « enveloppé » dans une coquille synthétique, réduisant ainsi la diffusion du bruit.
Par ailleurs, un réseau de distribution d’air neuf hygiénique doit être installé.
Soit en pulsant l’air hygiénique dans les locaux (l’air s’échappant par les inétanchéités des locaux) :
Soit en plaçant un réseau d’extraction d’air et des grilles dans les portes (l’air est préchauffé dans le couloir, ce qui est favorable en hiver (chauffage par combustible) mais défavorable en été… ) :
Bilan énergétique annuel
On suppose un coefficient d’efficacité frigorifique moyen de 2,25 en tenant compte de la consommation des ventilateurs au condenseur et à l’évaporateur.
On table sur un prix du kWh (HTVA) de 6,75 € le jour de semaine et de 4,33 € le week-end, plus une pointe de puissance mensuelle de 8,7 €/kW (tarif Binôme A).
Bilan annuel des charges à évacuer : 1 539 kWh
Consommation électrique du climatiseur / local : 1 539 kWh / 2,25 = 684 kWh/an
Coût de fonctionnement du climatiseur
Puissance électrique en fonctionnement 592 / 2,25 = 263 W ou 0,26 kW
Coût : 684 [kWh/an] x 6,75 [c€/kWh] + 0,26 [kW] x 8,7 [€/kW] x 12 = 73,314 €/an soit 5,24 €/m²/an
D’autre part, l’évaporateur du climatiseur est à une température inférieure au point de rosée de l’ambiance, il va provoquer une consommation supplémentaire correspondant à 60 Watts/pers. (chaleur latente).
2,5 pers. x 60 Watts/pers = 150 W
soit une augmentation de 150 [W] / 592 [W] = 25 % du coût de refroidissement
Consommation en froid totale : 5,24 [€/m²] x 1,25 = 6,55 €/m²/an
Coûts supplémentaires liés à la ventilation
On considère la température intérieure maintenue à 24°C.
Si la température de l’air extérieur est inférieure à 24°C, on peut le pulser dans le local et il viendra diminuer la charge du climatiseur.
Si la température de l’air extérieur est supérieure à 24°C, on doit en tenir compte en charge supplémentaire.
Sur base d’un fichier météo représentant une « année-type moyenne » :
En journée, de 8 à 18h00, il y a 3 570 heures inférieures à 24°C avec une température moyenne de 10,6°C.
En journée, de 8 à 18h00, il y a 70 heures supérieures à 24°C avec une température moyenne de 25,8°C.
Si la pulsion est de 75 m³/h en hiver, on économise sur le refroidissement :
75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (24 – 10,6) [K] / 1 000 = 871 [kWh/an]
-> soit : 62 [kWh/an/m²]
Si la pulsion est de 75 m³/h en été avec T° > 24°C, on augmente les besoins de refroidissement :
75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (25,8-24) [K] / 1 000 = 2,3 [kWh/an]
-> soit : 0,2 [kWh/an/m²]
Mais ce calcul doit être affiné :
Si l’air de ventilation est inférieur à 16°C, il doit être préchauffé. Le pouvoir de rafraîchissement est limité et une consommation de chauffage apparaît.
Après calcul, on constate que préchauffer cet air à 16°C en hiver entraîne une consommation de 400 kWh, et que l’effet de rafraîchissement de l’air n’est plus que de 471 kWh (le total faisant les 871 kWh).
Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec une résistance électrique, il entraîne un coût supplémentaire de :
400 [kWh] x 0,11 [€/kWh] = 45 [€/an], soit 3,2 [€/an/m²]
Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec le système de chauffage du bâtiment, (directement par un échangeur thermique ou indirectement en puisant l’air dans les couloirs), le coût peut être estimé à :
400 [kWh] / 0,8 x 0,025 €/kWh = 12,5 [€/an], soit 0,89 [€/an/m²]
Coût de fonctionnement du ventilateur
Puisque le coût des ventilateurs de la climatisation est déjà intégré dans le facteur d’efficacité frigorifique, il ne reste qu’à estimer les consommations du ventilateur d’air hygiénique. On reprendra la méthode prise pour la solution 1, mais cette fois avec un débit réduit de moitié et des pertes de charges de 600 Pa puisqu’il s’agit d’un réseau simple flux et un temps de fonctionnement de 2 600 heures en Heures Pleines.
Récapitulatif du coût d’exploitation
–
Refroidissement
[€/m²/an]
Chauffage
[€/m²/an]
Ventilateur
[€/m²/an]
Total
[€/m²/an]
Chauffage électrique
6,55
3,2
2,1
11,85
Chauffage combustible
6,55
0,89
2,1
9,54
Analyse du confort
T° de l’air pulsé (sur base d’un catalogue de fabricant) : …8… °C ! (si t°amb = 27°C et si 20 % de l’énergie frigorifique est utilisée pour la condensation de la chaleur latente).
Pour gagner de la place, les constructeurs conçoivent des évaporateurs très compacts. Aussi, pour donner leur puissance frigorifique, ils travaillent avec un fluide frigorigène à très basse température. L’air de pulsion en sera également très froid.
On constate que cette solution risque d’entraîner un réel inconfort dans ce type de petit local, l’air étant pulsé à trop basse température.
En pratique, l’air ne devrait pas descendre en dessous des 14 à 16°C (écart de soufflage de 8 à 10°C), et encore, avec des bouches présentant des taux d’induction de l’air très élevés (mélange rapide de l’air pulsé avec l’air ambiant).
La présence du climatiseur directement dans le local est par ailleurs une source de bruit peu agréable… De plus, il faut limiter le bruit des compresseurs à l’extérieur…
Amélioration
Une première solution consiste à choisir un appareil dont l’évaporateur est surdimensionné (ainsi que son ventilateur), et dont le compresseur est un scroll pouvant travailler à vitesse variable (régulation INVERTER). La vitesse sera alors toujours adaptée aux besoins réels du local, évitant le fonctionnement en ON-OFF, c.-à-d. « recevoir un jet d’air glacé ou … rien du tout » !
Une autre solution consiste à préparer l’air dans un caisson de climatisation, puis à le distribuer par un réseau de gaines dans les différents locaux : cette fois la température de l’air peut être mieux maîtrisée et le bruit est étouffé par la présence d’une gaine (et d’un éventuel absorbeur acoustique supplémentaire). C’est la solution 3 détaillée ci-dessous.
Solution 3 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel
La climatisation des locaux étudiés requiert du froid toute l’année. Or, en mi-saison et en période hivernale, soit 75 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C.
D’où la nouvelle idée testée ici : pourquoi ne pas profiter davantage de cet air extérieur frais ? Tout en plaçant une batterie froide dans un caisson de préparation pour vaincre les pointes de chaleur de l’été.
Déterminons l’installation capable de reprendre la charge maximale de 592 W. Le principe du calcul consiste à dire que la température intérieure sera maintenue sur 24°C intérieur et que l’apport d’air frais compensera exactement les charges :
Débit d’air = Puissance / (cap. calor. de l’air x ΔT°)
Installons une climatisation tout air de 225 m³/h, soit 3 fois le débit d’air hygiénique. Le taux de brassage de l’air sera de 5,7.
Remarque : par simplification, il n’est pas tenu compte ici des consommations liées à l’humidification ou à la déshumidification de l’air.
Situation 1 : la température extérieure est inférieure à 0°C (soit 5 % du temps d’occupation du local)
Dans ce cas, on puisera le débit d’air extérieur minimum hygiénique (75 m³/h) pour le mélanger avec un maximum d’air recyclé (150 m³/h).
Exemple.
Si T°ext = – 4°C,
T° de mélange = (75 m³/h x (- 4°C) + 150 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/3 x (- 4°C) + 2/3 x 24°C = 14,7 °C
Cet air sera ensuite réchauffé pour atteindre les 16°C de pulsion.
Puissance de chauffage = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (16° – 14,7°) = 99 W
Consommation horaire = 99 W x 1 h = 99 Wh.
Situation 2 : la température extérieure est comprise entre 0 et 16°C (soit 70 % du temps d’occupation du local)
Dans ce cas, on mélangera le débit d’air extérieur avec la dose voulue d’air recyclé à 24°C pour obtenir les 16°C souhaités.
En pratique, la position des registres (présents sur l’air neuf et l’air extrait) sera modulée en fonction de la demande du thermostat d’ambiance.
La consommation sera nulle, en froid comme en chaud ! Et cela 70 % du temps…
Exemple.
Si T°ext = 8°C, les registres seront positionnés pour pulser des débits égaux :
T° de mélange = (112 m³/h x 8°C + 112 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/2 x 8°C + 1/2 x 24°C = 16°C.
Situation 3 : la température extérieure est comprise entre 16 et 24°C (soit 23 % du temps d’occupation du local)
Dans ce cas, le registre d’air extérieur sera ouvert au maximum puisqu’il sera de toute façon plus froid que l’air recyclé. Un refroidissement sera toujours nécessaire.
Exemple.
Si T° = 20°C, de l’air neuf est pulsé au débit maximum de 225 m³/h.
Un besoin de refroidissement de cet air apparaît :
Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (20° – 16°) = 306 W.
Consommation horaire = 306 W x 1h = 306 Wh.
Situation 4 : la température extérieure est supérieure à 24°C (soit 2 % du temps d’occupation du local)
Dans ce cas, c’est l’air du local qui est le plus frais. L’air neuf sera réduit au minimum hygiénique.
Le mélange devra être refroidi jusqu’à 16°C.
Exemple.
Si la température extérieure est de 28°C,
T° de mélange = [75 m³/h x 28°C + 150 m³/h x 24°C] / 225 m³/h = 1/3 x 28°C + 2/3 x 24°C = 25,3°C.
Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (25,3° – 16°) = 711 W.
Consommation horaire = 711 W x 1h = 711 Wh.
Résultats de la simulation
Cette fois, le chauffage et le refroidissement ne sont utilisés que lorsque des besoins réels apparaissent : par grands froids et par période de forte chaleur. Le restant du temps, c’est la charge interne qui préchauffe l’air de ventilation !
Les besoins de chauffage sont de 225 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 245 kWh/an.
En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise); rendement du système de production de chaleur de 80 %; coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient les valeurs reprises dans le tableau ci-dessous.
Quant aux coûts de la ventilation, ils sont basés sur un débit de 225 m³/h, une perte de charge de 1 000 PA pour le réseau double flux (présence de batteries d’échange, …) et une durée de fonctionnement de 2 600 heures.
Récapitulatif du coût d’exploitation
–
Refroidissement
[€/m²/an]
Chauffage
[€/m²/an]
Ventilateurs
[€/m²/an]
Total
[€/m²/an]
Chauffage électrique
0,855
1,77
10,3
12,94
Chauffage combustible
0,855
0,4
10,3
11,56
La solution paraît énergétiquement très favorable, mais elle pose un problème de régulation : la température de pulsion est commune à l’ensemble des locaux, dès lors comment assurer dans chaque local la température adéquate ? La solution la plus simple consiste à réguler en fonction d’une sonde témoin. C’est le local « maître », les autres étant appelés locaux « esclaves ». Encore faut-il des occupations similaires…
À tout problème, il existe des solutions (pour autant que l’on puisse en payer le prix !) :
1° La température de pulsion est commune et des clapets modulent les débits en fonction des besoins du thermostat de chaque local.
Mais que se passe-t-il en cas de fermeture simultanée de toutes les gaines ?
Soit un bypass court-circuite le caisson et fait tourner le ventilateur sur lui-même.
Soit le ventilateur est « à courbe plate », et la pression reste stable quelque soit la fermeture des bouches (des régulateurs de débit sur les bouches restent conseillés).
Soit, plus logique sur le plan énergétique, un variateur de fréquence module la vitesse du ventilateur en fonction de la pression en sortie de caisson.
2° Chaque local dispose de son propre groupe de préparation indépendant.
En dehors de son coût élevé, cette solution pose le problème de la régulation des registres d’air neuf/air recyclé. Un régulateur spécifique « intelligent » doit être placé pour optimiser le taux de recyclage en fonction des différentes demandes. La solution précédente par débit d’air variable paraît plus aisée.
Solution 4 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel et free cooling nocturne
Il est possible de diminuer encore les consommations en profitant du « réservoir » que constituent les parois du local : puisque l’air extérieur est frais la nuit, même en été, il est possible de prérefroidir le local « gratuitement » la nuit.
Dans ce cas, il faut admettre que la température soit de 22°C à 8h00 du matin et qu’elle puisse monter au maximum jusqu’à 26°C à 18h00, sans que l’inconfort ne soit jugé trop important pour les patients. Cette température ne sera atteinte que quelques heures par an.
Dans ce cas, l’avantage n’est pas tant situé au niveau des consommations thermiques, mais bien dans la réduction des débits d’air pulsés, ce qui est un autre type de confort (bruit, courants d’air,…). Ainsi, si le local est de forte inertie, un débit de 120 m³/h sera suffisant pour atteindre au plus fort de l’été tout juste 26°C en fin de journée.
Voici les résultats des simulations
Si local de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), un débit de 145 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 145 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 156 kWh/an.
Si local de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), un débit de 120 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 125 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 135 kWh/an.
En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise), rendement du système de production de chaleur de 80 %, coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient le bilan repris dans le tableau ci-dessous.
Pour la consommation des ventilateurs, leur durée de fonctionnement est plus élevée (fonctionnement la nuit si T° > 22°C) mais le débit transporté est plus faible grâce au pré-refroidissement du local. À noter qu’en hiver le fonctionnement nocturne est très bref puisque la température n’est plus préchauffée et peu coûteux puisque Heures Creuses (au total, fonctionnement de 3 237 heures si forte inertie et 3 392 heures si faible inertie).
Récapitulatif du coût d’exploitation
–
–
Refroidissement
[€/m²/an]
Chauffage
[€/m²/an]
Ventilateurs
[€/m²/an]
Total
[€/m²/an]
Faible inertie
chauffage électrique
0,54
1,14
1,95
3,63
–
chauffage combustible
0,54
0,26
1,95
2,75
Forte inertie
chauffage électrique
0,47
0,98
1,54
2,99
–
chauffage combustible
0,47
0,22
1,54
2,23
Récapitulatif des coûts d’exploitation et conclusions
–
–
Réfrigération
[€/m²/an]
Chauffage
[€/m²/an]
Ventilateurs
[€/m²/an]
Total
[€/m²/an]
Ventilation renforcée
(! inconfort)
chauffage électrique
–
(! inconfort)
8,95
6,72
15,67
–
chauffage combustible
–
(! inconfort)
2,5
6,72
9,22
Climatiseur de local
chauffage électrique
6,55
3,2
2,1
11,85
–
chauffage combustible
6,55
0,89
2,1
9,54
Groupe de traitement d’air avec recyclage
chauffage électrique
0,855
1,77
10,3
12,34
–
chauffage combustible
0,855
0,4
10,3
11,56
Groupe de traitement d’air avec recyclage et free cooling
chauffage électrique
0,54
1,14
1,95
3,63
–
chauffage combustible
0,54
0,26
1,95
2,75
Conclusions
Nous sommes en présence d’un cas particulier de climatisation :
une charge interne quasi constante tout au long de l’année.
La simple ventilation hygiénique des locaux est insuffisante pour éviter la surchauffe, vu les apports internes permanents. Une ventilation au débit doublé améliore le confort estival, surtout si la pièce est de forte inertie et qu’elle peut être refroidie la nuit, mais un inconfort persiste en été lorsque la température extérieure est elle-même élevée. Par ailleurs, le débit « double » de ventilation engendre des consommations de chauffage élevées en hiver puisque l’air ne peut être pulsé sous 16°C. On en vient donc à chauffer l’air … qui va servir à refroidir les locaux !
La solution par climatiseur, sans doute la moins coûteuse à l’investissement, s’avère très inadéquate à l’exploitation puisqu’elle ne permet pas de profiter de l’air frais extérieur. Or pendant 70 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C…
L’optimum énergétique à l’exploitation se situe dans l’installation d’un groupe de traitement de l’air avec recyclage partiel de l’air intérieur : cette fois, c’est la chaleur interne « gratuite » qui va casser le froid de l’air extérieur par mélange. Le chauffage n’est enclenché que durant les périodes de gel (5 % du temps). La réfrigération n’est enclenchée que lorsque la température extérieure dépasse 16° (20 % du temps). et encore elle ne fournit que l’appoint nécessaire. Ce n’est que lorsque la température extérieure dépasse 24°C (2 % du temps) que la pleine puissance frigorifique est enclenchée. Le confort est maximum et la consommation très réduite. Reste le budget d’investissement puisque la régulation individuelle des locaux est plus coûteuse.
La ventilation de cette même installation peut encore être mise en route la nuit pour pré-refroidir les locaux. La consommation chute encore, mais le gestionnaire doit analyser si le confort résultant en est acceptable : les débits d’air diminuent (favorable) mais les températures intérieures fluctuent de 22 à 26°C (défavorable).
Depuis 1991, la Commune de Waterloo est propriétaire du bâtiment abritant le club de tennis de Waterloo. Ce complexe construit en 1982 comprend 4 terrains couverts, 4 terrains extérieurs, 2 terrains sous bulle ainsi qu’une salle de fitness, des vestiaires, un bar panoramique et un restaurant. Une infrastructure accueillante et conviviale pour les amateurs de balles jaunes. La gestion des activités est confiée à l’asbl Waterloo Sports et la gestion technique ainsi que les investissements d’infrastructure sont quant à eux à charge de la commune en tant que propriétaire des lieux.
Rénovation de l’éclairage
Fin de l’année 1999, l’équipe technique de la Commune de Waterloo a opéré la rénovation des installations d’éclairage des 4 courts de tennis intérieurs ainsi que celles du bar et du restaurant. En effet, l’ancien matériel commençait à montrer des signes de faiblesse à travers un remplacement d’éléments de plus en plus fréquents. Il fut alors décidé de procéder à un relighting complet. L’option retenue pour cette rénovation fut d’effectuer l’acquisition du matériel et de réaliser le placement par le staff technique de la commune.
Nouveaux luminaires pour les courts
Avant rénovation, on trouvait 144 luminaires contenant chacun trois tubes lumineux TL de 58 watts ainsi que 40 luminaires de 2 TL de 58 W également soit au total une puissance installée de 29,7 kW. Les anciens luminaires étaient tous équipés de ballasts électromagnétiques dont les pertes en fonctionnement sont de l’ordre de 20%. Le câblage d’origine fut conservé et les nouveaux luminaires présentent les mêmes caractéristiques dimensionnelles que les précédents afin de permettre un remplacement plus aisé.
Les nouveaux luminaires comprennent quant à eux deux tubes lumineux TL de 58 watts, soit au total une puissance installée de 21,34 kW, et utilisent des ballasts électroniques.
Les courts sont éclairés environ 12 heures par jour et cela 300 jours sur l’année soit environ 3 600 heures de fonctionnement annuel. En intégrant l’économie d’énergie électrique de 20% en passant de ballasts électromagnétiques à des ballasts électroniques, on obtient une économie électrique annuelle de près de 51 450 kWh par rapport à l’ancienne installation soit une économie de 60%. Sans compter que la durée de vie des tubes lumineux passe d’environ 7 500 heures à quelques 9 750 heures (30 % de plus) grâce aux nouveaux ballasts d’où des coûts de maintenance plus faibles. Cette diminution des frais de maintenance s’est vérifiée par la suite.
Le niveau d’éclairement moyen pour l’ensemble de la surface est de 450 lux et si l’on ne prend en compte que la surface des courts, on se situe entre 500 et 650 lux. On calcule donc une puissance spécifique de 1,83 W/m².100 lux. Le gestionnaire des tennis est très satisfait du rendu de l’éclairage.
Lumière sur le bar
L’éclairage du bar a également été revu dans le cadre de cette rénovation. On y trouvait 59 spots à incandescence de 120 watts, soit quelques 7,08 kW de puissance installée, qui furent démontés et remplacés par 50 spots contenant des lampes fluocompactes de 26 watts. Une diminution de la puissance installée de 5,78 kW qui conduit annuellement à une économie électrique de l’ordre de 20 800 kWh. La facture pour l’éclairage du bar a été divisée par un plus de 5 !
Quoi de bon dans nos assiettes ?
Au niveau du restaurant, ce sont 30 lampes fluocompactes de 13 watts qui furent installées à la place des 26 spots de 26 watts chacun. Une diminution de la puissance installée de près de 50 % et par conséquent une économie d’énergie de même ordre. Soit quelques 600 kWh économisés annuellement.
En détail
Économique
Coût de l’acquisition du matériel : 43 550 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
L’économie électrique annuelle est estimée suite à l’ensemble de la rénovation à 72 850 kWh.
En réalité, les économies d’énergie ne purent être vérifiées. Elles furent beaucoup moins importantes que prévu à cause sans doute de variations dans la durée d’utilisation. Ainsi la consommation de l’ensemble du centre sportif n’a diminué que 20 000 kWh par an, ce qui est malgré tout déjà très intéressant.
« Le bâtiment destiné à la Commission Européenne se devait d’être marquant. Conçu par l’architecte De Veste, en association avec Jean Gilson, Jean et André Polak, il fut dessiné en forme de croix comprenant un noyau central et quatre ailes de dimensions inégales. Ses dimensions étaient imposantes : plus de 200 000 m2. Sa conception technique était audacieuse : une structure suspendue par des tirants d’acier. Les quatre ailes permettaient d’abriter sur 13 étages 3 000 fonctionnaires, des salles de réunions et un système complexe de circulations verticales, tandis que les sous-sols sur 4 niveaux recevaient 1 600 places de parking, salles de conférences, studio TV, cafétéria et restaurant, magasins et entrepôts. Le tout était doté de liaisons souterraines aux tunnels routiers, piétonniers, métro et chemin de fer. Le Berlaymont allait devenir – par son gabarit, sa forme, sa spécificité – le symbole de l’Europe à Bruxelles. Les premiers fonctionnaires y firent leur entrée en 1967. La Commission Européenne allait y rester jusqu’en 1991. Ses services s’étaient encore étoffés dans l’intervalle, avec l’extension de la Communauté passant de six à neuf, puis à douze membres (ensuite à 15 en 1995).
En 1991, le Berlaymont n’abritait dès lors plus qu’une partie des services de la Commission : essentiellement les Commissaires et leurs Cabinets et les services en contact les plus directs avec eux. D’autres services s’étaient établis dans d’autres immeubles autour du Berlaymont. Celui-ci avait vieilli. Il apparaissait aux yeux de ses occupants de moins en moins bien adapté à leurs besoins. On regrettait l’étroitesse des bureaux, les espaces perdus, les techniques de climatisation dépassées et surtout le manque d’accès à la lumière naturelle des nombreuses fonctions (restaurants, salles de réunions, etc.) localisées en sous-sol. Une rénovation profonde s’imposait. Elle supposait un désamiantage préalable. La Commission Européenne quitta dès lors le Berlaymont fin 1991 pour se reloger dans des immeubles de substitution. Cette situation allait durer plusieurs années.
Le contexte technique
La superstructure du Berlaymont, squelette dont devra se servir le nouveau siège de la Commission Européenne, a des impératifs nombreux : un rythme de tirants tous les 2 m en façade, des hauteurs d’étage limitées à 3,3 m et des contraintes dues à l’audace de ses créateurs (telles que des charges à répartir dans un système où la stabilité de l’ensemble dépend des éléments qui le composent).
Les sous-sols sont formés de dalles reprenant des poussées latérales importantes sur une multitude de grilles structurelles reposant sur des fondations qui ne peuvent reprendre des charges supérieures; toute ajoute oblige à la création de nouvelles semelles indépendantes. Cet ensemble représente un point d’ancrage des structures souterraines qui l’entourent (train, métro, tunnels routiers et piétons) rendant l’hypothèse de la démolition trop complexe et onéreuse.
Description générale
Le projet se divise globalement en deux éléments :
LA SUPERSTRUCTURE OU ESPACE SERVI
La structure du Berlaymont, nettoyée d’amiante, de toutes finitions ou enveloppes, sera maintenue dans sa quasi intégralité. Les transformations structurelles ont pour but de répondre aux nouvelles exigences en matière de sécurité, de guérir l’édifice de ses problèmes de flux de circulation et d’orientation des utilisateurs et d’intégrer les exigences de la Commission.
Les bureaux seront organisés selon un nouveau module de 1,2 m (au lieu de 1 m) permettant d’éliminer les effets couloirs des bureaux-types tout en offrant une flexibilité d’occupation maximale et le maintien de la capacité existante. Les bureaux jouiront d’un confort climatique, hygiénique, physique, psychologique et visuel étudié pour répondre aux critères tels que définis par les nouvelles directives environnementales en vigueur.
Les circulations, grâce à la mise à niveau de toutes les dalles, la création d’un nouvel anneau et d’une ouverture du noyau central sur la rue de la Loi, permettent l’orientation et la distribution aisée dans l’ensemble des 13 plateaux.
Les espaces résiduels dans les noyaux sont transformés et utilisés. Les halls principaux du noyau central deviennent zones polyvalentes de foyer, de salle de réunion, de réception, de salle d’exposition ou de circulation. La restructuration des sanitaires, archives, techniques et locaux annexes font meilleur usage des espaces laissés par la structure.
Les façades du Berlaymont sont remplacées; la nouvelle enveloppe de l’édifice permet d’allier les solutions architecturales et techniques dont l’expression est sobre et fonctionnelle, rappelant la silhouette purifiée et blanche de l’emballage du chantier de désamiantage. Le système de façade proposé comporte un mur rideau, avec fenêtres ouvrantes, protégé par un écran de protection solaire, géré par ordinateur avec « louvres » de verre mobiles, permettant d’offrir un confort d’occupation et tout en limitant la consommation d’énergie. Cette façade vivante répond directement aux conditions climatiques et à la lumière naturelle disponible.
Le dessin des façades comporte plusieurs niveaux d’échelle :
le monument : l’écran de 13 étages de haut respecte les hauteurs et les gabarits existants tout en apportant une dimension énigmatique à la fonction;
la façade vivante : les modules de façade, 6 m de large x 3,3 m de haut, sont les entités autonomes de réaction à l’environnement extérieur;
les écailles : les « louvres » de verre sont les éléments qui, répétés des milliers de fois, donnent l’unité à l’ensemble avec un niveau de détail lisible de près et de l’intérieur. Ces « louvres » en verre feuilleté avec un film imprimé interstitiel, sont blancs vus de l’extérieur (points blancs) et presque transparents de l’intérieur (points noirs) pour des raisons à la fois visuelles et de réflexion de la lumière. La perception de l’ensemble sera différente vue de près ou de loin, de jour ou de nuit, avec plusieurs niveaux de lecture qui, s’ajoutant aux aspects changeants en fonction des conditions climatiques, participera à la découverte progressive de l’édifice. Cet écran voile l’aspect bureaux au profit de la fonction symbolique de l’ensemble dans le respect du concept original qui en a fait le symbole de l’Europe. La silhouette pure laisse paraître certaines fonctions au 13ème étage, telle que la salle de réunion de la Commission dont la forme organique se découpe sur le ciel, au travers des « louvres » de verre qui la protègent. La toiture englobe les techniques, les éléments de télécommunication et les prises de lumière du dernier étage. Les parois verticales en son centre permettent d’atténuer les nuisances des techniques vis-à-vis du quartier environnant, soient-elles visuelles ou acoustiques.
La salle de la Commission domine au-dessus du pignon face au rond-point Schuman, une signalétique lisible depuis la rue et depuis les points de vue distants de celle-ci. Elle permet une orientation par rapport à l’édifice en apportant un nouveau point de référence urbain.
Les pignons reçoivent, eux aussi, une modification de lecture d’échelle. Des panneaux de bois donnent la chaleur, la texture, la couleur et le caractère convivial et approchable du siège de la Commission. Les pignons offrent plusieurs niveaux de détail et plusieurs couches d’éléments. Les couloirs jouissent de lumière et de vues en bout d’aile.
La découpe et l’échelle des éléments permettent une meilleure intégration par rapport aux immeubles bas des rues adjacentes. La masse du Berlaymont est visuellement réduite et son architecture animée, plus humaine, grâce aux différents plans qui se détachent les uns des autres, laissant entrevoir par ces interstices les fonctions qu’abrite l’édifice.
L’indépendance de la superstructure vis-à-vis du socle est accentuée, respectant le concept original de bâtiment suspendu; aucun élément plein ne vient toucher la tour depuis le socle. Une bande vitrée continue sur tout le périmètre permet de dissocier les deux éléments; elle sera lue comme un bandeau (d’ombre le jour, de lumière la nuit).
L’INFRASTRUCTURE ET AMÉNAGEMENTS OU ESPACE SERVANT
Le Berlaymont se caractérisait par la stérilité des espaces résiduels à sa base. Le projet propose la création de différents espaces servants dont les côtés humain et accessible dialoguent avec le caractère fonctionnel de la superstructure. Ce dialogue sera accentué par des aspects visuels et tactiles : la couleur et les matériaux du « sol » rappelant les différentes composantes de l’Europe dans sa diversité; la blancheur et la pureté de la tour signifiant son unité, son efficacité et sa pérennité. Le Berlaymont est désenclavé et les fonctions réinstallées dans le socle transforment les espaces résiduels en véritables espaces urbains.
Le respect de l’environnement
L’influence des variations climatiques extérieures sur l’espace de travail est fortement réduite grâce à la nouvelle façade qui ne laisse pénétrer qu’environ 12 % du rayonnement solaire tout en augmentant fortement l’apport de lumière naturelle. Ce contrôle se justifie tant des points de vue confort et énergétique que du point de vue structurel : la structure suspendue du Berlaymont n’a pas d’inertie thermique et s’allongerait avec l’augmentation de température. Afin de concilier le traitement d’importants volumes d’air frais (requis pour une meilleure hygiène de travail selon les nouvelles Normes Européennes) et l’économie d’énergie, on prévoit la réutilisation successive des frigories et/ou calories transportées dans différentes zones du bâtiment.
Les eaux usées sont traitées sur place par des moyens biologiques. La réduction de charge limite les risques d’obturation du réseau d’égout. L’eau récupérée est recyclée vers les sanitaires.
Les matériaux choisis pour la rénovation tiennent compte de leur provenance « certifiée de sources renouvelables et écologiquement bien gérées », de l’énergie nécessaire à leur transformation et à leur transport, de leur longévité et de leur capacité à être recyclés.
Le confort
L’ accès à la lumière naturelle est une nécessité physiologique et psychologique. La perception dépend de la couleur, de l’intensité et des contrastes qui peuvent fatiguer l’oeil. Le système de façade dessiné pour le Berlaymont tend à la fois à augmenter et à répartir uniformément la lumière naturelle dans les bureaux. La perception de l’extérieur est réelle, les vitrages clairs maintiennent les qualités de la lumière, les protections réduisent l’apport solaire.
La qualité et les débits d’air sont calculés en fonction de la qualité de l’air extérieur et des émissions de poussières de l’environnement de travail. 75 m³ d’air frais sont apportés par heure et par personne (deux fois ce que demandent les normes belges). Chaque bureau jouit de fenêtres ouvrantes, dessinées pour répartir agréablement les flux d’air entrant.
Le confort acoustique répond aux normes les plus strictes tant entre locaux que vis-à-vis du bruit de fond de la ville. Un effort particulier est fait quant à la réduction des nuisances acoustiques, en provenance des équipements techniques, vers le voisinage.
L’orientation des personnes, où le Berlaymont manquait de repères d’orientation, tant dans les circulations verticales (demi niveau) qu’horizontales (noyau et ailes), est favorisée notamment par l’organisation des fonctions communes autour de la piazza au rez-de-chaussée, la création de nouvelles trémies d’ascenseurs groupées et l’ouverture de jardins d’étage vers la rue de la Loi, permettant dès lors de se situer et de s’identifier à l’espace. Les vues vers l’extérieur sont maximales avec des fenêtres allant du sol au plafond, du ciel à la rue.«
Au survol des pictogrammes de main, des informations complémentaires apparaîtront.
Principes de base de la double peau
Principes n°1 : L’inclinaison des louvres s’adapte à l’azimut du soleil tout en favorisant l’éclairage naturel des locaux.
Principe n°2 : Par ciel nuageux, les louvres blancs diffusent la lumière.
Principe n°3 : En journée, la fonction de ventilation est assurée. La nuit, la façade joue le rôle d’isolant thermique pour limiter le refroidissement du bâtiment.
Principe n°4 : Des caillebotis permettent l’entretien des vitrages.
Le BRE (British Research Establishment) est à l’origine de la méthode d’évaluation environnementale des bâtiments la plus répandue dans le monde : BREEAM (Building Research Establishment’s Environmental Assessment Method). En 2013, 115 000 bâtiments étaient déjà certifiés.
Cette méthode d’évaluation permet de porter un regard extérieur au projet en mettant tous les projets de même fonction sur le même pied d’égalité quant à la cotation qu’ils reçoivent. Les critères sont fixes et sans souplesse d’attribution. Chez nous, ils font référence aux règles et normes belges lorsqu’elles existent sinon, il s’agit des règles européennes ou des pays limitrophes.
La certification est obtenue auprès du BRE basé en Angleterre sur base du rapport final réalisé par l’assesseur belge concernant les différents critères et leur bonne mise en application sur le projet. L’assesseur est un bureau d’étude ou de project management accrédité par le BRE.
La certification prend en compte le bâtiment dès sa construction, mais également son environnement et la manière dont on y accède. Les différents critères sur lesquels l’évaluation se base sont liés avec : le management ; la santé et le bien-être; l’énergie; les transports; l’eau; les matériaux; les déchets; l’environnement et l’écologie; la pollution et l’innovation.
Le bâtiment qu’occupe le BRE se devait donc d’être bien étudié et en avance sur son temps dans ces domaines. Les solutions adoptées sont aussi très spécifiques.
Description
Le bâtiment environnemental du BRE (British Research Establishment) se situe à Watford au nord de Londres, dans un site suburbain.
Construit en 1997, le bâtiment est rectangulaire, orienté nord-sud, et a une surface brute totale d’environ 2 000 m² sur trois niveaux, pour une occupation d’environ 100 personnes. Il s’articule en deux parties autour d’un hall d’entrée vitré. La partie est, la plus grande, réunit les bureaux : bureaux individuels au nord et bureaux paysagers au sud. La partie ouest, plus courte, réunit les salles de réunion et les sanitaires. Une salle de séminaire est annexée au rez-de-chaussée.
Plan du deuxième niveau.
Ventilation et refroidissement naturel
Equipement
La ventilation est entièrement naturelle et fonctionne grâce à trois composants :
> Les dalles de plafond des deux premiers niveaux qui ont une forme particulière :
Leur face inférieure, en béton brut (sans faux plafond) a la forme d’une sinusoïde; la surface de contact entre le béton et l’air ambiant est donc plus importante que celle d’un plafond plat, ce qui augmente l’échange entre l’ambiance et la masse thermique du bâtiment.
Dans la partie creuse du plafond (1), l’air est guidé d’une façade vers l’autre et est mélangé progressivement à l’air du local; dans la partie épaisse de la dalle (partie basse de la sinusoïde) (4), un conduit en béton est aménagé pour amener l’air extérieur au cœur du bâtiment.
Coupe de la dalle de plafond
1.Luminaire suspendu 2.Canalisations de chauffage/refroidissement
3.Espace technique 4.Conduit en béton pour le passage de l’air.
Bureau paysager, vue de la face intérieure de la dalle.
Principe de ventilation :
l’air entre dans le bâtiment dans les gaines de la dalle de béton (flèches bleues) ou directement dans le local (flèches oranges).
> Les fenêtres
Petites fenêtres hautes commandées par gestion centrale informatisée (avec possibilité de dérogation) : elles assurent l’entrée de l’air soit dans les dalles soit directement dans les locaux, et son évacuation soit directement vers l’extérieur (ventilation transversale), soit dans les cheminées de ventilation.
Grandes fenêtres basses, commandées principalement manuellement (réglage automatique dans certains cas) pour permettre un complément de ventilation.
> Les cheminées de ventilation en façade sud :
L’air chaud qui entre dans les cheminées, réchauffé par les apports internes, monte naturellement pour être évacué au-dessus de la cheminée. Le mouvement de l’air à travers l’extrémité de la cheminée favorise également le tirage.
Les parois extérieures des cheminées orientées au sud sont constituées de blocs de verre afin d’augmenter encore la température de l’air dans les cheminées par les apports solaires et d’améliorer ainsi le tirage. On constate sur place que le bénéfice de ces apports solaires n’est pas immédiat. Les briques de verre et les autres parois de la cheminée ayant une certaine inertie, la chaleur apportée par les apports solaires n’est transmise à l’air qu’en soirée, ce qui est très favorable à la ventilation nocturne.
Des ventilateurs (80 W chacun) sont prévus en partie supérieure des cheminées pour assurer la ventilation lorsque ce n’est pas possible de façon naturelle (pas assez de différence de pression entre les deux façades pour la ventilation transversale; pas assez de vent ou température de l’air dans la cheminée trop basse pour ventilation par les cheminées). Néanmoins, ces ventilateurs n’ont jamais été utilisés.
Ventilation par les fenêtres et par les cheminées.
> Le système de gestion technique centralisée (GTC) gère la ventilation en commandant l’ouverture ou la fermeture des fenêtres en fonction de la température des locaux, de la température de consigne et de la température extérieure.
Principes de fonctionnement pour les bureaux paysagers
> En hiver, l’air est introduit dans le bâtiment par l’intermédiaire des conduits en béton aménagés dans la dalle et dans lesquels il se réchauffe avant d’être distribué au niveau du corridor. Pour l’extraction de l’air, la GTC ouvre, en fonction des conditions extérieures, les fenêtres de la façade opposée (ventilation transversale) ou les fenêtres communiquant avec les cheminées.
Ventilation diurne en hiver,
transversale du sud au nord (à gauche) ou du nord au sud avec effet de cheminée (à droite).
Distribution de l’air des conduits au niveau du corridor.
> En été, la GTC détermine, selon les conditions extérieures, le mode de ventilation. Les jours de vent, l’air est introduit en façade sud où la pression est plus importante et extrait en façade nord. Les jours chauds sans vent, l’air est introduit par les façades nord et sud, et l’extraction se fait par les cheminées de ventilation en façade sud.
Ventilation diurne en été :
journée venteuse (à gauche) et journée chaude (à droite).
Une ventilation nocturne est organisée dans les conduites des dalles de plafond afin de refroidir celles-ci. En journée, les dalles de plafond agissent comme des « radiateurs de froid » grâce à la fraîcheur emmagasinée pendant la nuit.
Ventilation nocturne en été.
La GTC enclenche la ventilation nocturne par ouverture des fenêtres lorsque les conditions suivantes sont réunies :
température de la dalle de plafond > 23°C
température extérieure de l’après-midi > 18°C
température de toute zone du bâtiment > 23°
température extérieure < température intérieure
La GTC referme le fenêtres dès que les dalles de plafond ont atteint une température de consigne (5°C en dessous de la température de consigne de l’ambiance) afin de ne pas sous-refroidir le bâtiment.
Fonctionnements particuliers
Les bureaux individuels
La ventilation des bureaux individuels est prévue pour se faire indépendamment du reste du bâtiment par ouverture simultanée de deux fenêtres l’une haute, l’autre basse. Avec la porte ouverte, le bureau peut également participer à la ventilation globale du bâtiment.
En été, les bureaux individuels bénéficient, comme les bureaux paysagers, du froid rendu par les dalles de plafond après ventilation de nuit.
Ventilation des bureaux individuels.
Le deuxième étage
Le deuxième étage n’est pas raccordé aux cheminées de ventilation (la partie supérieure de la cheminée doit se trouver 6 à 7 m au-dessus du niveau du sol du niveau à ventiler pour avoir un tirage suffisant). Il est donc ventilé indépendamment. Le toit monte à une hauteur de 5 m au-dessus du niveau du sol, et crée donc son propre effet de cheminée : l’air entre par les fenêtres basses et, réchauffé, il monte vers les fenêtres hautes de la toiture où il est évacué.
Le deuxième étage ne possède pas la même dalle de plafond que les deux premiers niveaux. Elle ne bénéficie donc pas de l’inertie de celle-ci, et de la ventilation nocturne. Les températures qui y sont mesurées sont d’ailleurs supérieures d’environ 2°C à celle des autres niveaux.
Ventilation du deuxième étage.
Le troisième niveau a été conçu pour être entièrement paysager. Les occupants actuels ont malgré tout installé des cloisons côté nord pour aménager des bureaux individuels. Mais les fenêtres de cet étage en façade nord sont moins hautes et ne permettent pas la même ventilation que dans les bureaux individuels des autres étages. Ces bureaux fonctionnent donc moins bien.
La salle de séminaire
La salle de séminaire se trouve dans un volume annexe. Elle est également ventilée naturellement par effet de cheminée. L’air entre par la façade ouest via une batterie de préchauffe et un filtre. Il est extrait par la large « cheminée » en façade est. Celle-ci est équipée d’un ventilateur de 3 kW qui n’est jamais utilisé. Les murs et plafond sont en béton. Un faux plafond suspendu cache la structure pour des raisons esthétiques, mais il est perforé et détaché des murs afin de laisser accessible la masse thermique du plafond. L’inertie thermique et la ventilation du local suffisent à assurer une température confortable en été. Il n’y a aucun refroidissement mécanique.
Les salles de réunion
Les salles de réunions ne font pas l’objet d’une ventilation particulière. Elles ne sont pas utilisées de façon intensive, l’ouverture des fenêtres est donc suffisante. La masse thermique des salles suffit à assurer le confort thermique en été sans refroidissement mécanique.
Remarques
La ventilation telle qu’elle est organisée ne répondrait pas aux exigences législatives wallonnes concernant un taux de ventilation minimum dans les locaux. En effet, aucune ventilation « obligatoire » n’est organisée dans les bureaux individuels. Si l’occupant décide de ne pas ouvrir ses fenêtres ou sa porte vers le reste du bâtiment, son local n’est pas ventilé.
En hiver, l’introduction de l’air extérieur par la fenêtre directement dans le local (bureaux individuels et deuxième étage) risque de créer des courants d’air froid et donc de l’inconfort ou une sous-ventilation.Ces deux problèmes pourraient sans doute être résolus par l’utilisation de grilles de ventilation à la place ou en complément de certaines fenêtres…
Mesures prises pour limiter les charges internes
Pour garantir un confort correct dans le bâtiment (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) sans refroidissement mécanique, des mesures ont été prises pour limiter les apports solaires et les charges internes.
Des auvents : grilles métalliques horizontales fixes de 1.2 m qui protègent les baies du soleil haut.
Des stores extérieurs : lamelles de verre translucides de 40 cm de large, montées sur axe et orientables. Leur position est réglée par un système de gestion informatique central, auquel les occupants peuvent néanmoins déroger.
Auvents métalliques et volets extérieurs.
Volets extérieurs constitués de lamelles de verre translucides.
De plus, en façade nord comme en façade sud, des stores intérieurs déroulants permettent aux occupants d’éviter l’éblouissement.
Stores intérieurs déroulables en façade nord.
Apports internes
Afin de limiter autant que possible l’éclairage artificiel, la proportion de vitrage sur les façades est relativement importante (autour de 45 % en façade sud, un peu moins en façade nord). Le deuxième étage bénéficie aussi des fenêtres hautes de ventilation en toiture, orientée au nord.
Façades sud et nord fortement vitrées.
Quand l’ensoleillement direct n’est pas un problème, les stores extérieurs devaient également servir à réfléchir la lumière vers le plafond pour augmenter l’apport de lumière naturelle dans les parties des bureaux éloignées de la fenêtre (light-shelves), mais pratiquement, la saleté se déposant sur les lamelles empêche leur bon fonctionnement.
Dans la salle de séminaire, contrairement à ce qui se fait habituellement, deux grandes vitres permettent de profiter de l’éclairage naturel dès que l’obscurité n’est pas nécessaire pour une projection.
L’éclairage artificiel installé est de faible puissance (350 lux max) (lampes type T5). Son niveau est réglé en fonction de la présence réelle dans les locaux grâce à des détecteurs de présence, et en fonction de l’éclairage naturel disponible grâce à des capteurs d’éclairement. De plus, les luminaires sont groupés selon un axe longitudinal, parallèlement à la façade sud. On peut donc par exemple éteindre les luminaires près de la fenêtre où l’éclairage naturel suffit et allumer plus en profondeur dans le bâtiment. Les occupants peuvent néanmoins déroger à cette gestion automatique ce qui limite l’efficacité de la gestion. Quelle solution trouver ? Faut-il imposer le niveau d’éclairement ? L’information des occupants est-elle suffisante pour les motiver et ainsi remédier au problème ? Faut-il utiliser un autre équipement pour la gestion de l’éclairage artificiel (réglage du niveau d’éclairement artificiel plutôt qu’un on/off par exemple) ? Des progrès sont encore à faire dans le domaine.
Un certain nombre d’ordinateurs sont regroupés dans un même espace, en façade nord. On peut donc ventiler cette partie du bâtiment de façon plus importante et éliminer directement ces apports internes.
Isolation
Les fenêtres ont un coefficient de transmission de 1.5 W/m².K, tandis que les murs ont un coefficient de transmission de 0.3 W/m².K.
Equipements techniques complémentaires
Chauffage
Le bâtiment est chauffé par le sol. Comme les tuyaux ne couvrent qu’un tiers de la surface, un complément périodique de chauffage est apporté par des radiateurs conventionnels périphériques. L’eau est chauffée par une chaudière à condensation.
Refroidissement complémentaire
Pour les journées de grande chaleur, de l’eau froide peut également circuler dans les planchers. Cette eau est refroidie, via un échangeur, par de l’eau pompée à 70 mètres de profondeur, dans un puits de forage noyé où elle reste à une température constante de 10°C. Il n’y a donc pas de production mécanique de froid.
Les canalisations pour le chauffage ou le refroidissement par le sol
sont situées sur les parties hautes de la sinusoïde.
Panneaux photovoltaïques
Des panneaux inclinés étaient prévus sur la toiture mais n’ont pas été placés à la construction pour une question de budget.
Néanmoins, une expérience limitée d’utilisation de panneaux photovoltaïques (cellules à film mince de silicone amorphe), non rentable économiquement, est en cours. 35 m² net de ces panneaux sont placés en façade sud, pour une puissance maximale de 1.5 kW, soit 25 % de la puissance d’éclairage. La moyenne d’énergie fournie est de 4 kWh par jour, le maximum est de 6 kWh par jour.
Panneaux de cellules photovoltaïques en façade sud.
Ventilateurs
Des ventilateurs ont été prévus dans les cheminées de la façade sud pour extraire l’air du bâtiment en cas de mauvaises conditions extérieure pour la ventilation naturelle, mais ils n’ont jamais servi.
Confort atteint
Températures
Les critères de confort de conception étaient :
pas plus de 25°C plus de 5 % du temps,
pas plus de 28°C plus de 1 % du temps.
Le bâtiment a respecté ces critères sans utilisation du refroidissement mécanique.
Par exemple, en 1998, les 25°C ont été dépassés pendant 40 heures (2 % du temps). Pour une journée typique de l’été 98, on a relevé 23°C pour les deux premiers niveaux et de 25°C pour le troisième niveau, et cela pour une température extérieure de 27°C. Ces valeurs sont à comparer avec une température de 31°C dans un ancien bâtiment du site pris comme référence.
Humidité
L’humidité relative mesurée se trouve généralement entre 55 et 65 % en été, et entre 30 et 45 % en hiver. On a malgré tout enregistré occasionnellement des valeurs d’humidité relative inférieures à 30 %.
Ventilation
Le taux de renouvellement d’air a été mesuré dans deux bureaux individuels en juillet 97 et en janvier 98. Les valeurs moyennes mesurées sont de 2 à 3 renouvellements par heure en été, et de 0.75 renouvellements par heure en hiver.
Confort acoustique
La proximité inhérente à l’aménagement de bureaux paysagers questionne la qualité du confort acoustique. Dans le cas présent, l’absence de faux plafond pour absorber le bruit pourrait renforcer le problème. Il semble néanmoins que les occupants ne se plaignent pas de cet aspect.
Impression de confort générale
Une étude a été réalisée pour comparer la satisfaction et la rentabilité des occupants d’un ancien bâtiment non climatisé et du nouveau bâtiment ventilé naturellement. L’évaluation s’est faite sur base de questions du type « vous sentez-vous bien ? », « aimez-vous votre patron ? », « avez-vous effectué un travail efficace aujourd’hui ? »,…
La satisfaction des occupants du nouveau bâtiment est meilleure, et la rentabilité estimée est identique dans les deux bâtiments en hiver, et améliorée de 20 % en été dans le nouveau bâtiment.
Coût et consommation
La consommation espérée était de 83 kWh/m² par an, dont 36 kWh/m² pour l’électricité et 47 kWh/m² pour le chauffage. La consommation mesurée est de 135 kWh/m² par an (46 en électricité / 89 en chauffage). Cette différence est attribuée à l’augmentation de l’équipement informatique par rapport au projet initial et au comportement des occupants.
En effet, les occupants ne respectent pas toujours le mode de fonctionnement optimal du bâtiment. Par exemple, ils utilisent les stores intérieurs en cas d’éblouissement sans essayer de régler au préalable l’orientation des stores extérieurs, ce qui entraîne l’allumage de l’éclairage artificiel. Ils dérogent également de façon importante à la gestion automatique des luminaires, ce qui entraîne des surconsommations inutiles. De même, il est difficile d’empêcher les utilisateurs d’ouvrir les fenêtres (surconsommation de chauffage en hiver). Les premiers occupants du bâtiment avaient été informés sur le fonctionnement du bâtiment, mais les nouveaux occupants reçoivent simplement un document écrit d’explication, qui se résume globalement au mode d’emploi des télécommandes de l’éclairage et des stores.
Ces résultats sont à comparer avec les données statistiques de consommation d’énergie de bâtiments de bureaux standarts de même catégorie en Angleterre, fournies par l’Office de l’Énergie :
Consommations en kWh/m2
Electricité
Gaz
Total
Typique
224
176
400
Bonne pratique
130
95
225
BRE
46
89
135
Rapport entre BRE et bonne pratique
35 %
94 %
60 %
Coût d’investissement : 1 187 £/m² (soit environ 1851,72 € au taux de 1,56 €/£ du 15 juillet 2002). Ce coût élevé est dû au recyclage d’éléments de l’ancien bâtiment et à l’innovation. Le coût estimé pour le même bâtiment s’il devait être reconstruit est de 1 000 £/m² soit environ 1 560 €.
Les éléments techniques nécessaires à la ventilation naturelle ont un coût qui compense sans doute l’économie d’équipements techniques mécanique. Néanmoins, ces éléments tels que la dalle sinusoïdale et les cheminées contribuent, en plus de leur rôle technique, à la forme architecturale du bâtiment.
Relativement à l’investissement, l’encombrement du système a également son importance. Sur ce point, la comparaison avec un bâtiment climatisé est difficile à faire :
le bâtiment ne comprend pas de gaine verticale pour la ventilation, et les gaines horizontales sont limitées; il n’a pas non plus d’encombrement pour une machine frigorifique et un caisson de traitement d’air. Néanmoins, les cheminées d’évacuation et la forme des dalles de plafond ont un encombrement certain.
Conclusion
Dans cet exemple, le remplacement de la ventilation et du refroidissement mécaniques par la ventilation naturelle permet de :
respecter les critères de confort,
diminuer la consommation du bâtiment de 40 % par rapport à un bâtiment de même catégorie et de bonne qualité énergétique.
Même si des améliorations peuvent être apportées, cette réalisation est très encourageante.
Architectes : Feilden Clegg Architects
Ingénieurs stabilité : Buro Happold
Ingénieurs techniques spéciales : Max Fordham and Partners
Date : page réalisée sous l’hégémonie Dreamweaver
Auteur : les anciens
Notes :
WinMerge ok.
03-12-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
Par Kristoferb sur Wikipédia anglais, CC BY-SA 3.0, https://commons.wikimedia.org/w/index.php?curid=10795550
Chauffage et refroidissement simultané d’un supermarché
L’installation décrite ici se trouve dans un supermarché de la région d’Anvers.
En fait, il s’agit de trois installations qui assurent les besoins de froid et réutilisent, si nécessaire, la chaleur produite pour maintenir la température dans le magasin.
Le froid est produit à trois niveaux de température grâce à trois groupes de froid indépendants : le premier produit du froid à -35°C et les rejets thermiques chauffent l’entrée et la zone des caisses; le deuxième à -15°C et chauffe les locaux du personnel; le troisième à -10°C et chauffe le magasin. Chaque groupe est équipé de deux compresseurs. Selon la puissance de froid nécessaire, l’un des deux ou les deux seront utilisés. La puissance frigorifique totale atteint 100 kW.
Il s’agit donc de trois pompes à chaleur bien que le rôle premier de l’installation soit la production de froid, qui est continue toute l’année tandis que le chauffage des locaux ne se fait que si la température extérieure le demande. Un chauffage électrique est ajouté pour assurer une continuité d’alimentation en cas de panne et un complément de puissance lors des températures extrêmes.
Chaque groupe peut fonctionner selon trois modes selon les besoins calorifiques :
Sans récupération de chaleur : la condensation à lieu dans des condenseurs extérieurs sur le toit du supermarché et l’énergie, transmise à l’air extérieur, n’est pas récupérée. L’installation fonctionne uniquement en machine frigorifique et les performances sont déterminées par la température extérieure.
Avec récupération de chaleur durant les heures d’ouverture du supermarché : le groupe fonctionne comme pompe à chaleur avec comme source froide l’espace à refroidir.
Avec récupération de chaleur en dehors des heures d’ouverture du supermarché : la pompe à chaleur maintient une température intérieure plus basse que durant les heures d’ouverture (fonctionnement de nuit, de week-end).
Entre le 15 mars 1985 et le 26 avril 1985, les caractéristiques des groupes ont été mesurées en continu :
énergie électrique consommée aux compresseurs (Pel),
pression au condenseur (pc),
pression à l’évaporateur (pe),
température de sortie du compresseur (t1),
température d’entrée du compresseur (t2).
Durant la période de mesure, il n’a pas été fait usage des condenseurs d’appoint, les besoins calorifiques étant importants. Le chauffage d’appoint a été utilisé au total quelques heures en raison de la demande de puissance importante lors de la relance de chauffage matinale.
Les COP mesurés durant cette période pour une température extérieure moyenne de 10° sont les suivants :
Pel moyenne par heure [kW]
Temp. au condenseur [°C]
Temp. à l’évaporateur [°C]
COP instantané
Groupe 1
Sans récupération
3,733
26
– 32
3,49
Avec récupération de nuit
4,77
34
– 32
3,29
Avec récupération en journée
4,85
34,5
– 32
3,27
Groupe 2
Sans récupération
0,75
26,5
– 20
3,69
Avec récupération de nuit
0,80
28
– 20
3,65
Avec récupération en journée
0,90
33
– 20
3,48
Groupe 3
Sans récupération
4,42
26,5
– 13
4,03
Avec récupération de nuit
3,66
29,8
– 11,5
3,58
Avec récupération en journée
6,67
38
– 12
3,29
Sur base de ces résultats qui nous permettent d’extrapoler la puissance électrique à assurer par la PAC en fonction de la température extérieure, on peut discuter de la rentabilité économique de l’investissement. En tenant compte de l’évolution des températures moyennes et de la puissance de chauffage installée (18 kW, pour une demande de puissance de 40 kW par – 10 °C extérieurs, soit la couverture de 80 % des besoins), un coût total annuel de production de 1160,08 € a été calculé pour un coût moyen de l’électricité de 10c€. Ce coût inclut la consommation de l’appoint qui couvre les 20 % d’énergie non fournis par la PAC, soit environ 14 400 kWh.
L’année précédente, les frais de chauffage et de refroidissement avaient été de 3 600 €. Il y a donc une économie annuelle de 2 500 €. Le surcoût à l’investissement engendré par la transformation des machines frigorifiques en pompes à chaleur était de 8 750 €. Si on considère qu’une nouvelle installation de chauffage aurait de toute façon été installée et que celle-ci aurait coûté 5 000 €, le surinvestissement réel est de 3 750 €. Le temps de retour de l’investissement est donc d’un an et demi.
Source : Toepassing van de warmtepomp in supermarkten par J. Berghmans, Nationaal programma RD ENERGIE, diensten voor programmatie van het wetenschapbeleid, 1987.
PAC sur ventilo-convecteurs : la caisse d’épargne de Saint Etienne
L’installation concerne les 2ème, 3ème, 4ème et 5ème étages d’un bâtiment de type haussmannien à très forte inertie à Saint-Etienne. Les étages ont une surface de 2 903 m² dont 186 m² de locaux informatiques avec armoires de climatisation autonomes (2 x 32 kW). La surface climatisée par la PAC est de 2 717 m² pour un volume de 8 954 m³. Les déperditions du bâtiment sont de 0,43 W/m³K, soit 136 kW ou 50 W/m². Les besoins en froid sont de 240 kW en août, soit 88 W/m².
L’installation comprend une pompe à chaleur Air/Eau dont :
la puissance frigorifique est de 253 kW (eau à 12 – 7°C),
la puissance absorbée au compresseur est de 76,7 kW,
la puissance calorifique est de 230 kW (eau à 45°C avec T°ext = 0°C),
Une puissance de ventilateur de 3,3 kW (débit total : 80 580 m³/h).
Il y a également une centrale double flux pour la préparation de l’air hygiénique (36 kW à la batterie chaude et un débit de 3 000 m³/h). Les unités terminales pour l’air hygiénique sont au nombre de 68, pour une puissance électrique totale de 109,8 kW. Les ventilo-convecteurs sont au nombre de 8, avec une puissance totale de batterie d’appoint de 40,8 kW.
Le coût d’investissement est de 114 € HT/m².
Le bâtiment est occupé du lundi au vendredi de 8h à 18h, le samedi de 8h à 12h. En période de chauffage, la température de confort est fixée à 20°C. La température de nuit à 15°C. En période de refroidissement, ces températures sont de 25 et 30°. Le passage du mode chaud au mode froid se fait à une température extérieure de 18°C. Le passage inverse à 15°C.
Le suivi de l’installation a été réalisé de mai 1995 à avril 1996. L’intégralité des besoins en chaud a été assurée par la PAC. Le COP annuel a été de 2,34 et le coût d’exploitation de 1,65 € HT/m².
Une installation identique mais non réversible avec chauffage par résistance électrique aurait provoqué un surcoût de consommation de 4 350 € HT sur l’année. Le temps de retour de la réversibilité est de 16 mois.
La part du change over dans le coût total est faible : 120 € pour 132 basculements.
Source : Ventilo-convecteurs alimentés par une pompe à chaleur réversible, revue Chaud Froid Plomberie n°600 mars 1998.
PAC Eau/Eau : gare de Sargans
Lorsque la gare de Sargans (Suisse) dû être agrandie en 1983, les concepteurs ont cherché une solution originale pour le chauffage des nouveaux locaux et ont opté pour la pompe à chaleur alimentée par la nappe phréatique. Les chaudières des anciens bâtiments ont cependant été conservées comme sécurité et pour couvrir les pointes.
L’eau de la nappe phréatique est également utilisée pour rafraîchir l’air en été. L’eau chaude sanitaire est chauffée par l’électricité indépendamment de la PAC.
Données techniques :
puissance de chauffage de la PAC : 217 kW (température d’évaporation de 1°C et de condensation de 60°C),
chauffages d’appoint : 192 et 157 kW,
demande de chaleur : 350 kW à – 11°C.
Si le comportement global a donné satisfaction aux utilisateurs, ils ont cependant pointé certaines imperfections :
Le système de régulation automatique mis en place est trop compliqué et nécessite toujours des interventions manuelles régulières. Par exemple, le besoin d’enclencher manuellement les chaudières d’appoint quand elles sont nécessaires.
La présence de gaz a été détectée. S’il provient en partie d’un garage automobile contigu, des recherches sont menées pour détecter la présence de gaz amené par l’eau phréatique.
Les campagnes de mesure ont montré que 98 % du besoin de chaleur était produit par la PAC. Son Facteur de Performance Saisonnier (SPF) est de 2,5. Ce résultat est assez faible pour une PAC Eau/Eau. La pointe puissance enregistrée a été de 220 W. Comparé à la puissance de dimensionnement de 350 kW, on voit que l‘installation a été largement surdimensionnée. L’avantage est le faible emploi des brûleurs traditionnels. Mais ce sur-dimensionnement est la cause du mauvais SPF.
Source : CADDET result 58, décembre 1990.
Conditionnement d’air d’une discothèque : le Top Jimmy’z Club
Le but des gérants de cette discothèque de Saronno (Nord de l’Italie) était de réduire les coûts d’investissement et de fonctionnement du système de conditionnement d’air. Ce type de bâtiment est en effet très énergivore vu qu’il nécessite un refroidissement même en hiver et les pertes thermiques sont très importantes vu le fort taux de renouvellement d’air.
Le système installé n’était pas efficace pour les fortes demandes de froid et les réponses rapides aux variations de cette demande. À Saronno, l’hiver est froid (-5°C) il faut donc préchauffer la salle à 20°C en début de soirée. Mais très vite la température monte et le système de traitement d’air doit pouvoir inverser son fonctionnement. Trois pompes à chaleur réversibles ont été installées ainsi qu’un récupérateur de chaleur.
Les PAC réversibles ont permis une économie d’investissement par rapport à une installation de chauffage et une autre de refroidissement. Les frais d’utilisation des PAC électriques sont raisonnables vu le fonctionnement à peu près exclusif en heures creuses.
conditions intérieures en hiver : 20°C et 45 % d’humidité,
conditions intérieures en été : 24°C et 65 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en hiver : -5°C et 85 % d’humidité,
conditions extérieures en été : 32°C et 50 % d’humidité,
taux de renouvellement d’air : 7, soit 11 000 m³/h.
La puissance totale de chauffage installée est de 118,3 kW et celle de froid est de 120,5 kW. Les PAC ont été installées à l’extérieur et travaillent indépendamment, chacune s’étant vu attribuer une zone du bâtiment (la piste de danse, le bar, la zone de bureau). La puissance du récupérateur de chaleur est de 46,5 kW de chauffage et 11,6 kW de froid.
Les trois PAC ont permis une réduction de coûts d’investissement de 10 % Les coûts de fonctionnement ont eux été réduits de 36 %. La consommation d’énergie primaire a diminué de 17 %.
Source : CADDET result 110, avril 1992.
PAC pour piscine intérieure : la piscine municipale de Tøyenbadet
L’installation des pompes à chaleur dans ce complexe date de 1980 et fait suite à un audit destiné à réduire le coût énergétique. Le complexe comprend 2 piscines intérieures et 3 extérieures pour une surface d’eau totale de 1 745 m². La capacité d’accueil est de 2 000 personnes.
L’audit avait dégagé trois pistes d’économie : réduire la consommation d’eau chaude, récupérer la chaleur de l’air extrait et établir un monitoring énergétique du système.
Les améliorations ont été apportées en 3 étapes.
La première, en 1981/1982 a consisté en l’installation de nouvelles douches destinées à réduire les consommations d’eau et d’énergie.
La seconde étape (1982/1983) était l’installation d’une pompe à chaleur pour récupérer la chaleur de l’air extrait des zones de bassin. Cette seule mesure à réduit la consommation de 3 GWh. Elle a aussi réduit le degré d’humidité de l’air et limité la prolifération de moisissures dans le bâtiment.
La troisième et dernière étape, réalisée en 1987, était l’installation d’une autre pompe à chaleur conjointement à un échangeur de chaleur de chaleur Eau/Glycol. Leur rôle est de récupérer la chaleur de l’air extrait des douches et vestiaires, du bar et des locaux techniques. Un système de monitoring de l’installation a été placé en même temps.
La consommation du bâtiment avant les modifications était de 10,6 GWh électriques (l’ensemble du chauffage se faisait à l’électricité). Les consommations après transformation sont résumées dans le tableau ci-dessous.
–
1988
1989
1990
1991
Consommation [MWh]
4 839
5 393
5 407
5 668
Visiteurs
335 000
340 000
320 000
265 000
PAC
Consommation [MWh]
1 159
987
1 012
1 068
Production [MWh]
4 380
3 851
4 150
4 367
COP
3,78
3,9
4,1
4,1
Besoins couverts par la PAC en %
91
71
77
77
Le coût d’investissement global dans les mesures d’économie d’énergie a été de 861 500 €. La consommation a été réduite de 5 800 000 kWh annuels, ce qui représente une économie d’exploitation d’environ 363 400 €. Le temps de retour a donc été de 2,4 ans.
La Maison de Repos et de Soins (MRS) Ferdinand Nicolay accueille 84 résidents dans le cadre verdoyant de la petite ville de Stavelôot. Le bâtiment principal de 3 640 m² répartis sur 5 niveaux date de 1982 et était équipé jusqu’au début 2000 d’un chauffage électrique. Équipement qui fut démonté et remplacé par une nouvelle installation de chauffage central au mazout.
La situation initiale en tout électrique
La MRS disposait de trois types d’appareillage pour le chauffage du bâtiment et la production de l’eau chaude sanitaire (ECS) :
Des radiateurs : le chauffage individuel des locaux était réalisé via 140 accumulateurs mixtes, dont la puissance unitaire variait entre 1 et 2,5 kW pour un total de 180 kW, répartis sur l’ensemble des étages.
Des accublocs : la ventilation des locaux est assurée par 3 groupes de pulsion dont les batteries chaudes étaient alimentées par de l’eau chaude produite à partir de 5 chaudières électriques (accublocs) de 120 kW situées au sous-sol. Soit une puissance totale de 600 kW.
Des boilers électriques : la consommation quotidienne d’ECS est d’environ 3,5 m³. Sa production était assurée par deux installations : 3 boilers de 2.500 litres à accumulation de nuit avec chacun 2 résistances de 15 kW et 1 boiler en direct (électricité de jour) de 1.500 litres avec également 2 résistances de 15 kW. Au total une puissance installée de 120 kW pour un volume de 9.000 litres.
Deux transformateurs de 630 kVA, dont un seul est aujourd’hui utilisé, desservaient le bâtiment.
Les arguments du changements
La facture électrique dévolue au chauffage pèse lourd dans le budget. En 1997, elle s’élevait pour le poste chauffage à quelques 37 850 € pour une consommation de 600 000 kWh.
L’installation est peu fiable
À côté du prix de l’énergie utilisée, il faut aussi tenir compte du coût élevé de la maintenance des installations. Chaque année, il fallait remplacer des cartes de régulation, des résistances, des roulements, des moteurs,… pour quelques milliers d’euros.
L’installation est inconfortable
Le principe des accumulateurs électriques est de se charger la nuit, en fonction de la température extérieure, pendant que le prix de l’électricité est moindre (en heures creuses). Cependant même la plus fine des régulations ne peut prévoir le temps qu’il fera le lendemain. Cela présente deux inconvénients, d’autant plus importants si la régulation est basique ou défectueuse :
soit le lendemain, il fait plus chaud ou plus ensoleillé que prévu. Le convecteur a accumulé trop. Par ses pertes statiques, il surchauffera l’ambiance et il fait alors intenable dans le bâtiment ;
soit il fait plus frais que la veille. Dans ce cas, l’appareil n’a pas accumulé assez et en journée, la résistance directe s’enclenche consommant de l’électricité au prix fort.
Nouvelle installation
Décision fut prise de démonter l’ensemble des installations électriques de chauffage et de substituer ces équipements par une installation de chauffage central au mazout vu que le gaz de ville n’est pas disponible à Stavelot.
Comme il s’agit d’une nouvelle installation, la conception des circuits fut fonction des différentes affectations des locaux et de l’orientation des façades. Au total, 5 circuits de chauffage pilotés individuellement par une régulation climatique performante.
Deux chaudières haut rendement supportant des retours d’eau froide jusqu’à 40°C de 325 kW chacune ainsi que 2 boilers de 500 litres chacun occupent la chaufferie. Une attention particulière fut portée à l’isolation correcte des tuyauteries.
Chaque chaudière à la puissance nécessaire pour assurer par –12°C extérieurs, les besoins de chauffage des locaux (déperditions par transmission de 153 kW et par infiltration de 84 kW) et d’ECS (80 kW) soit 317 kW. En cas de panne d’une chaudière et si la température extérieure est suffisamment basse, les groupes de ventilation sont arrêtés momentanément afin d’assurer prioritairement ces besoins.
En ce qui concerne les 3 groupes de pulsion en tout air neuf existants, une rénovation de certaines gaines fut opérée ainsi que le remplacement des humidificateurs et de la régulation. Le système de récupération de chaleur sur l’air extrait par batterie à eau glycolée fut également amélioré.
Comparaison des consommations
En année climatique normale, la consommation énergétique du bâtiment fut de 648 000 kWh électriques en 1997 et de 606 000 kWh équivalent fuel en 2004. En s’arrêtant à cette première comparaison, on peut penser que l’économie est seulement de 42 000 kWh soit l’équivalent de 4 200 litres de fuel.
Si l’on ramène la consommation électrique de 1997 en énergie primaire (l’électricité est principalement produite en Belgique via des centrales nucléaires et des centrales TGV ou Turbine Gaz Vapeur dont les rendements respectifs sont de 30 et 55 %), on obtient 1 178 000 kWh de gaz sur base du rendement d’une centrale TGV. Le constat est flagrant !
On consomme donc 2 fois plus d’énergie primaire en chauffant à l’électricité en lieu et place d’une chaudière au fuel ou au gaz. Le gain environnemental est incontestable sans compter que la facture énergétique fond comme neige au soleil.
En effet, en 2004 avec une consommation de mazout de l’ordre de 55 000 litres, le budget fut de 18 600 € TVAC. La facture se serait élevée au minimum au double si cette même fourniture énergétique avait été assurée par une installation électrique.
Investissement global : 337 150 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Alain COLLARD
Directeur Résidence Ferdinand Nicolay
CPAS de Stavelot
Tél : 080 892 406
Email : alain.collard_3@publilink.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. En 2016, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS de la Commune de Stavelot, une nouvelle aile a été ajoutée au bâtiment. Elle compte 30 chambres supplémentaires et des espaces communs adaptés aux spécificités des résidents. L’électricité n’a évidemment pas été choisie pour assurer le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire.
Le bâtiment de bureaux « PROBE » (Pragmatic Renovation of Office building for a Better Environment)se situe sur le site du CSTC à Limelette.
Ce bâtiment fit l’objet d’une rénovation énergétique dans le cadre d’un projet de démonstration cofinancé par le Ministère de la Région wallonne.
Ce projet a comme objectif de montrer comment il est possible, dans les immeubles de bureaux, de diminuer les consommations énergétiques et d’améliorer le confort intérieur :
par des mesures simples et des technologies éprouvées (pas de « high-tech »),
avec un coût limité,
sans grands travaux, ni grande perturbation des activités de bureau.
Les actions ainsi menées dans le bâtiment « PROBE » peuvent facilement être appliquées à d’autres immeubles de bureaux.
Situation d’origine
Le bâtiment PROBE est un immeuble de 1 120 m², construit en 1975. Il comprend 36 bureaux répartis sur 2 étages (surface de bureaux : 672 m²) qu’occupent environ 55 personnes.
Étage type du bâtiment PROBE.
Lors de sa construction, le bâtiment ne fit l’objet d’aucune mesure visant à maîtriser les consommations, ni le confort intérieur : aucune isolation, pas de ventilation, pas de protection solaire, installation de chauffage minimaliste.
Les conditions de confort n’y sont pas optimales : manque de chaleur en hiver, surchauffe en été, médiocre qualité de l’air et médiocre éclairage. Cette situation n’est évidemment pas une exception car rencontrée dans de nombreux immeubles de bureaux de cette époque.
Résumé des mesures prises
Les mesures prises tant au niveau de l’enveloppe du bâtiment que des équipements ont pour objectif de garantir un confort correct (confort visuel, thermique, acoustique et respiratoire) tout en tenant compte du comportement des occupants et des consommations énergétiques.
Chauffage
Remplacement des chaudières par des chaudières à haut rendement
Rénovation de la régulation et placement de vannes thermostatiques
Isolation
Isolation de la toiture
Remplacement de certains châssis
Remplacement des simples vitrages par des vitrages HR (dans les anciennes menuiseries)
Protection contre les surchauffes
Protections solaires extérieures automatisées
Ventilation nocturne intensive
Vitrages réfléchissants
Qualité de l’air
Ventilation double flux avec détection de présence
Régulation en fonction de la présence et de la lumière naturelle
Pour évaluer les résultats des différentes actions menées, plusieurs campagnes de mesures (consommation, températures de l’air, des parois, niveaux d’éclairement, …) ont été réalisées en exploitation réelle.
Ventilation à la demande
Principe de ventilation
Le bâtiment PROBE a été équipé d’un système de ventilation mécanique
L’air neuf est pulsé dans les bureaux avec un débit nominal total de 1 250 m³/h (25 m³/h par personne).
Réseau de pulsion d’air neuf parcourant les faux plafonds des couloirs.
Cet air est transféré en partie par les couloirs vers les sanitaires où un débit nominal de 300 m³/h est extrait. Ce transfert d’air permet de ne pas alimenter les sanitaires en air neuf et donc une économie d’énergie.
Le solde de débit entre la pulsion et l’extraction est évacué par les inétanchéités (portes d’entrée, …),mettant le bâtiment en légère surpression, ce qui limite les infiltrations d’air parasites dans le bâtiment.
Bouches de pulsion et régulation
Les bouches de pulsion sont disposées dans la retombée du faux plafond des couloirs. Il n’y a donc pas de gainage parcourant les bureaux, la distribution se faisant par les faux plafonds techniques des couloirs.
Les bouches de pulsion choisies permettent d’origine :
Un réglage manuel en 4 positions du débit nominal : 25, 50, 75, 100 m³/h. Ce réglage est réalisé une fois pour toutes en fonction du nombre d’occupants normal du bureau, par rotation du cylindre se trouvant devant l’ouverture.
Une fermeture de la bouche en cas d’absence dans le local, par un détecteur de présence disposé sur la bouche. Si après 10 minutes, le détecteur n’a enregistré aucun mouvement dans le local, la bouche de pulsion passe en position fermée (action en tout ou rien).
Chaque bouche est autonome. Son système de détection fonctionne sur batteries longue durée et ne demande que peu d’énergie. Il n’y a donc pas de câblage à prévoir entre les bouches, ce qui s’adapte particulièrement bien à la rénovation.
L’utilisation de telles bouches impose des dispositifs de régulation de débit tant au niveau des bouches que du ventilateur. En effet, dans ce type de régulation de la ventilation à la demande, lorsqu’une bouche de ventilation se ferme, la pression dans le circuit de distribution augmente. Il en résulte une augmentation du débit dans les bouches restées ouvertes. L’impact de la fermeture d’une bouche sur le débit total, donc sur la consommation globale, n’est pas alors celui escompté.
Pour remédier à cela, il faut d’une part agir sur le ventilateur en lui imposant le maintien d’une pression constante en un point du circuit et placer des éléments auto-régulateurs de débit au niveau des bouches de pulsion.
Elément auto-régulateur de débit :
lorsque la pression et le débit augmentent,
la membrane se gonfle et rétablit débit d’origine.
Dans ce bâtiment, les bouches de pulsion comportent d’origine une auto-régulation des débits dans une plage de pression allant de 70 à 130 Pa (pression nominale de fonctionnement des bouches = 100 Pa), c’est-à-dire une constance des débits, malgré la fermeture de certaines bouches dans le circuit.
La pression dans le circuit de distribution est contrôlée au niveau du ventilateur d’une part grâce à un ventilateur à courbe caractéristique plate et d’autre part grâce à un filtre mobile placé derrière le ventilateur. Ce filtre est composé d’une manchette mobile faisant varier la surface active du filtre et donc sa perte de charge, maintenant ainsi une pression constante au début du circuit quel que soit le nombre de bouches de pulsion ouvertes dans le circuit. Durant la nuit, le ventilateur est mis à l’arrêt par une horloge.
Cette régulation par étranglement n’est cependant pas optimum du point de vue des consommations énergétiques (cela revient à accélérer et freiner en même temps pour régler la vitesse d’une voiture !). On lui préférerait à l’heure actuelle une régulation du ventilateur par variation de vitesse.
Filtre à surface active variable.
Circuit de distribution
La distribution de l’air neuf se fait via un gainage disposé dans les faux plafonds des couloirs.
À l’origine, la distribution se faisait via des conduites de section rectangulaire. Après installation, il s’est avéré impossible d’atteindre les débits demandés dans les différents bureaux. La cause première de ce problème était l’inétanchéité importante (mais non exceptionnelle !) du réseau de distribution. Ainsi, lorsque toutes les bouches de pulsion sont fermées, le ventilateur pulse quand même dans le bâtiment son débit nominal. De même, lorsque toutes les bouches sont ouvertes, le ventilateur doit fournir 1 300 m³/h pour obtenir le débit d’air neuf recommandé par étage, soit environ 650 m³/h pour l’ensemble des bureaux. Il en résulte une multiplication par 2 de la consommation nécessaire au chauffage de l’air neuf. Le bénéfice d’une gestion de la ventilation à la demande est alors perdu.
Evolution de l’étanchéité des conduits de distribution en fonction des améliorations apportées, le cas 1 étant la situation d’origine. L’étanchéité obtenue est comparée aux classes d’étanchéité définies par le standard Eurovent 2/2.
Dans un premier temps, un calfeutrage a été tenté au moyen de bandes adhésives et de mastic. Ce fut un travail laborieux (notamment pour détecter les fuites) qui ne donna que peu de résultats (cas 2 à 5).
Ancien réseau de distribution rectangulaire et nouveau réseau de distribution circulaire plus encombrant, mais nettement plus étanche.
Conduit circulaire à double joint aux raccords.
Pour pouvoir comparer les technologies, les conduites rectangulaires d’un étage furent remplacées par des conduits circulaires avec double joint aux raccords (cas 6). Ces conduites, nettement plus simple à installer, ont presque permis d’atteindre, sans effort supplémentaire, la meilleure des classes d’étanchéité du standard Eurovent. Les fuites ont ainsi pu être réduites à 2,5 % du débit nominal.
Résultats
L’objectif du système de ventilation est de fournir un débit total d’air neuf de 650 m³/h, lorsque le bâtiment est occupé au maximum et d’adapter ce débit au taux d’occupation réel du bâtiment.
Débits obtenus grâce à la gestion de la ventilation à la demande comparée à un système à débit constant et au système de gestion parfait.
En moyenne, les bureaux de 1 personne sont occupés durant 52 % du temps de travail, tandis que les bureaux de 2 personnes le sont durant 72 %.
La régulation des débits de ventilation en fonction de cette occupation a entraîné une réduction des débits d’air neuf et donc des consommations de chauffage qui y sont liés de 35 % par rapport à un système à débit constant fonctionnant durant les heures de travail.
Les mesures de débit prises dans le bâtiment montrent la réponse du système à la variation de l’occupation. On voit que pour les faibles réductions de débit, le débit d’air neuf suit bien la demande et fonctionne parfaitement. Par contre, des surdébits apparaissent lorsque peu de locaux sont occupés. Ceci est lié à :
L’augmentation trop importante de la pression dans le circuit lorsque plus de 50 % des bouches sont fermées. On sort de la zone d’autorégulation des bouches de pulsion.
La part importante prise par les inétanchéités.
Résultat des différentes actions menées au niveau de la ventilation du bâtiment PROBE
Action
Débit d’air neuf au niveau du ventilateur
Économie d’énergie sur le chauffage de l’air neuf
[m³/h]
[kWh/m².an]
[kWh/an]
%
Situation d’origine : ventilation constante durant les heures de bureau, réseau de distribution rectangulaire de départ
1 800
–
–
Placement de conduits circulaires étanches
1 500
2,4
2 695
17 %
Transfert d’air des bureaux vers les sanitaires (la ventilation des sanitaires se fait avec l’air des bureaux)
1 200
2,3
2 590
20 %
Ventilation à la demande
–
3,0
3 396
35 %
Économies cumulées
–
7,7
8 681
environ 50 %
Consommation de chauffage de l’air neuf en fonction des améliorations successives possibles, dans le bâtiment PROBE.
Cette économie est réalisée par rapport à une situation correspondant à la situation moyenne des immeubles de bureaux belges et peut donc être extrapolée à bien d’autres bâtiments.
Aspects financiers
Lorsqu’un bâtiment n’est équipé d’aucun système, l’installation d’une ventilation nécessite un investissement financier et conduit souvent à une augmentation des consommations énergétiques (chauffage de l’air neuf et consommation des ventilateurs).
Il est donc difficile de parler dans ce cas de temps de retour de l’investissement : le bénéfice se mesure en terme d' »amélioration de la qualité de l’air », donc de « meilleur environnement de travail » et d' »augmentation de la productivité ».
On peut cependant comparer la ventilation à la demande installée dans le bâtiment PROBE avec la même ventilation sans gestion des débits.
Dans le cas de PROBE, les surcoûts occasionnés par la ventilation à la demande consistent en :
Bouches avec détection de présence, batterie et autorégulation des débits en fonction des variations de pression dans le réseau de distribution. Surcoût minimum de 75 € par rapport à des bouches classiques de la même gamme.
Gestion de la pression au niveau du ventilateur.
Les conduits circulaires directement étanches se sont, quant à eux, avérés moins chers que les conduits d’origine, grâce à leur facilité de placement.
Ventilation nocturne
Avant rénovation, le bâtiment PROBE, comme beaucoup d’immeubles de bureaux subissait d’importantes surchauffes en été, du fait de sa superficie de vitrages et de l’accroissement considérable des équipements de bureau.
Un des objectifs de la rénovation est de montrer qu’il est possible de rétablir un confort d’été correct sans avoir recours à une installation de climatisation.
L’un des critères utilisés pour objectiver le confort d’été est (prescription pour les bâtiments publics hollandais) : la température intérieure ne peut dépasser 25°C durant plus de 100 heures par an et ne peut dépasser 28°C durant plus de 20 heures par an.
Première action : réduire les apports de chaleur
Plusieurs actions ont d’abord été menées pour réduire les gains de chaleur tant externes qu’internes :
Placement de protections solaires automatiques (intégrées dans les doubles vitrages au sud, inclinées extérieures à l’est et verticales extérieures à l’ouest) réduisant les apports solaires de plus de 80 %.
Isolation de la toiture diminuant de 63 % les apports de chaleur au travers du toit ensoleillé.
Deuxième action : refroidir le bâtiment par ventilation naturelle
Durant les nuits d’été, un free cooling nocturne est appliqué : le bâtiment est ventilé naturellement et de façon intensive au moyen de grandes grilles fixées en été dans les châssis sur les deux façades du bâtiment.
Grilles de ventilation nocturne intensive associées à des protections solaires automatiques.
La nuit, les portes de bureaux sont ouvertes, permettant une ventilation transversale importante entre les façades grâce à la pression du vent.
Ventilation transversale intensive de nuit.
Une ventilation par effet cheminée aurait aussi pu être appliquée en pratiquant des évacuations naturelles verticales mais cela demandait des aménagements beaucoup plus importants dans la structure du bâtiment.
Ventilation intensive de nuit par effet cheminée.
Si les portes des bureaux doivent rester fermées, une ventilation par bureau est aussi possible étant donné la taille des grilles placées dans les châssis.
Ventilation intensive de nuit avec portes fermées.
Taux de renouvellement d’air moyen obtenu dans « PROBE » en fonction de la stratégie de ventilation nocturne appliquée
Ventilation transversale : fenêtres (avec grille) et portes ouvertes en grand
13 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en grand et portes fermées
3,4 [vol/h]
Ventilation par bureau : fenêtres (avec grille) ouvertes en position basculante et portes fermées
2,2 [vol/h]
Infiltrations : fenêtres et portes fermées
0,2 [vol/h]
Une ventilation intensive donne les meilleurs résultats si les portes et les fenêtres restent ouvertes durant la nuit. À défaut, on peut imaginer le placement de grilles de transfert dans les portes ou des petites fenêtres au-dessus de celle-ci. Il importe donc, pour la réussite totale du refroidissement nocturne, que les occupants soient clairement informé de leur rôle dans la gestion du confort, ce qui marche bien dans le bâtiment PROBE.
Il faut également que les ouvertures en façade soient suffisantes. Voici les recommandations en matière d’ouverture minimum pour la ventilation intensive comparées à ce qui est réalisé dans le bâtiment PROBE :
Ouvertures minimum nécessaires à la ventilation naturelle intensive en % de la surface au sol des locaux
NBN D50-001 pour les locaux d’hébergement
Projet
NatVent
Ouverture effective dans PROBE
Ventilation par des ouvertures sur une seule façade
6,4 %
4 %
de 1,9 à 3 %
Ventilation par des ouvertures sur des façades opposées
3,2 %
2 %
1,7 %
Résultats
Nombre d’heures pendant lesquelles la température intérieure dépasse 25°C et 28°C dans plusieurs bureaux de PROBE. Les bureaux les plus chauds sont de bureaux contenant un nombre important de personnes, d’ordinateurs et d’imprimantes fonctionnant souvent 24h/24. Notons que le comportement des occupants est variable selon les bureaux, notamment lorsqu’il s’agit, le soir, d’ouvrir les portes et fenêtres, d’éteindre les équipements de bureau, …
En 2004, les résidents de la Maison de Repos et de Soins de Templeuve furent bien heureux de la très récente rénovation de la façade et des châssis du bâtiment. Une mise en œuvre de matériaux de qualité qui apportèrent une note esthétique moderne des plus réussie à cette institution champêtre de 69 lits.
Héritage du passé
Lors de la fusion des communes en 1976, le CPAS de Tournai a hérité de l’Institut Saint-Joseph qui était à l’époque géré par des sœurs. Aujourd’hui, c’est un parc de 4 Maisons de Repos et de Soins dont le CPAS doit assurer la gestion, l’entretien et la mise en conformité pour les prochaines échéances. Une tâche qui n’est pas toujours évidente et qui nécessite parfois de se poser les bonnes questions.
Pas mal de boulot déjà réalisé
En 1995 on procéda au remplacement du chauffage tout électrique d’origine par une installation de chauffage central performante au mazout. L’ensemble des vieux accumulateurs furent éliminés et substitués par des ventilo-éjecteurs. Lors de l’installation du gainage et des conduites de chauffage dans les faux plafonds, l’opportunité fut prise également de rénover l’éclairage.
Sus à l’humidité
Le bâtiment, comportant deux ailes de 3 et 4 niveaux, présentait une faiblesse à l’humidité sur deux de ses façades. Rien de pire en termes de dégradations et de confort. L’origine du problème était triple : un parement poreux, une absence de bavettes au niveau des linteaux de fenêtre et des fissures dues aux légers mouvements saisonniers du bâtiment construit sur une zone tourbeuse. Infiltrations entraînant une détérioration prématurée des linteaux en béton de mauvaise facture, des vieux châssis en bois, des plafonnages et faux plafonds.
Pour quelle intervention opter ?
L’option d’hydrofuger fut abandonnée car jugée peu efficace du fait des fissures difficiles à colmater. Rapidement le choix s’est porté sur un bardage dont la mise en œuvre s’accompagnerait d’une isolation par panneaux de laine minérale répulsifs à l’eau. En matière de bardage, il existe aujourd’hui une multitude de produits sur le marché. Pour l’Institut Saint-Joseph, le CPAS a opté pour un bardage en acier galvanisé laqué de teinte grise sous lequel on plaça les panneaux de 6 cm de laine minérale. Cette épaisseur semble fort mince. En 2004, elle était cependant acceptable. Aujourd’hui, l’épaisseur de la laine minérale aurait été d’au moins 12 cm. 740 m² de façade ont ainsi été rénovés. Le résultat est efficace et très réussi.
Les anciens châssis quant à eux furent remplacés par des châssis PVC triple frappe présentant un coefficient de conductivité thermique U égal à 1,65 W/m²K. La finition extérieure de couleur grise à une apparence bois. Ce sont quelques 115 châssis concernés par cette rénovation représentant 445 m² d’ouverture. Aujourd’hui des fenêtres plus performantes sont disponibles sur le marché à des coûts compétitifs. Elles permettent d’atteindre les exigences de la réglementation PEB actuelle.
Première frappe (étanchéité. principale à l’eau).
Chambre de décompression drainée.
Récupération des eaux et évacuation vers l’extérieur.
Deuxième frappe avec joint périphérique continu (étanchéité principale à l’air).
Chambre pour loger la quincaillerie.
Troisième frappe (amélioration acoustique).
Suite à toutes ces opérations, la facture globale d’énergie fut réduite de l’ordre de 20%.
Bilan des consommations
Avant la pose du bardage et le remplacement des châssis, la consommation normalisée de mazout de l’année 2002 s’élevait à 77 500 l.
En 2003, la consommation s’est élevée à 56 500 l soit 21 000 l de mazout économisés.
En détail
Économique
Investissement bardage + isolation : 160 000 €.
Investissement châssis : 114 600 €.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Luc BODDIN
Responsable des Biens et Travaux
CPAS de Tournai
Tél : 069 888 934
Email : architecte@cpas-tournai.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004. Depuis cette époque, dans le cadre d’une restructuration des infrastructures du CPAS l’institut Saint-Joseph a été regroupé avec d’autres maisons de repos dans de nouveaux bâtiments particulièrement performants du point de vue énergétique.
Plus un seul luminaire d’origine ne subsiste dans cet établissement scolaire en plein centre de Liège qui accueille tous les jours, en période scolaire, quelques 4.000 élèves en cours du jour et du soir. Une rénovation bien pensée en terme d’économie d’énergie.
Plusieurs centaines de luminaires
Le bâtiment qui abrite le groupe scolaire Hazinelle compte 8 niveaux. Chacun d’entre eux comporte environ 12 classes. Les travaux de rénovation ont été programmés en deux phases : en 1999 les 4 premiers niveaux et en 2000 les quatre derniers. Au total, ce sont environ 450 luminaires qui ont été posés en remplacement de l’ancienne installation d’éclairage.
Une rénovation bien nécessaire
L’éclairage dans les couloirs était assuré par de vieilles appliques circulaires opalines dans lesquelles on retrouvait des lampes à incandescence de 75 W. La lumière diffusée et le niveau d’éclairement étaient loin d’être confortables.
Aujourd’hui, on trouve dans les couloirs des luminaires avec 2 tubes lumineux (TL) de 36 W avec ballast électronique et des détecteurs de présence n’actionnant l’éclairage que s’il y a une circulation et si l’éclairage naturel est insuffisant. Le niveau d’éclairement répond à celui recommandé c’est-à-dire 100 à 200 lux en moyenne.
Les cages d’escalier quant à elles sont aussi illuminées par des luminaires de 2 TL de 36 W dont l’allumage est assuré via des interrupteurs anti-vandalisme. Une minuterie ou un détecteur de présence n’y sont pas installés pour des raisons évidentes de sécurité.
De la lumière pour les élèves
Encore dans de nombreuses écoles, le niveau d’éclairement est très insuffisant et une rénovation est l’occasion de remédier à cette lacune. Dès lors, rares sont les cas où la rénovation conduit à une économie d’énergie substantielle vu que le niveau d’éclairement est amélioré.
Suivant la taille des classes, on retrouve 4 ou 6 luminaires comptant chacun 2 TL de 58 W avec ballast électronique. Chaque classe est équipée d’un capteur photoélectrique qui permet de régler l’éclairage intérieur en fonction de la luminosité naturelle.
Auparavant, on mesurait en moyenne un éclairement de 150 lux fourni par 4 luminaires de 2 TL de 36 W avec ballast électromagnétique. Maintenant l’éclairement moyen est de 330 lux soit plus du double avec 500 lux sur la majorité de la surface du local. Les recommandations quant à elles indiquent 300 à 500 lux au niveau du plan de travail pour les établissements scolaires.
À ne pas oublier
On soulignera que l’on ne pense pas systématiquement à l’éclairage du tableau dont le niveau d’éclairement doit être supérieur à celui de la classe. On considère que 500 à 700 lux à 1,20 m est correct.
Une bonne orientation des luminaires par rapport à la disposition normale de la classe est très importante pour éviter les problèmes d’éblouissement ou de reflets sur le tableau ou sur des écrans d’ordinateur dans le cas d’une salle informatique.
Bilan des consommations
La consommation électrique globale annuelle en 2003 était de 378 700 kWh.
Le relighting n’a pas en tant que tel généré d’économie sur la facture annuelle. En effet, dans bien des cas, on observe un statut quo voire une légère hausse des consommations étant donné l’augmentation significative du niveau d’éclairement des locaux pour répondre aux normes de confort des occupants.
Au Groupe Scolaire Hazinelle, la puissance spécifique des installations d’éclairage est passée de 8,3 à 2,4 W/m².100 lux soit 70 % de moins et l’éclairement est passé, quant à lui, de 150 lux à 500 lux.
En détail
Économique
Les travaux réalisés furent très importants car englobant, en plus de l’éclairage, l’installation d’une nouvelle cabine haute tension, le remplacement d’un grand nombre de tableaux divisionnaires et autres petits travaux électriques.
Investissement uniquement pour l’éclairage : 409 600 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Pierre BERRE
Conducteur des travaux – Electricité
Ville de Liège
8éme Département
Tél : 04 221 86 64
Email : pierre.berre@liege.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Le Centre Hospitalier de Mouscron (CHM) est né de la fusion en 1995 de la clinique privée « Le Refuge » et du Centre Hospitalier Régional (CHR) de Mouscron. D’ici quelques années, les activités du site « Le Refuge » seront transférées dans une toute nouvelle extension du site du CHR. Ce dernier, construit dans les années soixante, dispose d’une superficie de 22 000 m² et compte 155 lits d’hospitalisation. Une des dernières technologies URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie) installée fut celle d’une Gestion Technique Centralisée (GTC) pour le pilotage des installations de chauffage.
Une gestion technique centralisée ?
La régulation de chaque installation de chauffage repose sur les régulateurs locaux qui travaillent en autonomie et possèdent toute l’intelligence nécessaire à la conduite de l’installation. Tout au long de leur fonctionnement, ils stockent des informations provenant des différents équipements (températures ambiantes, températures extérieures…). Toutes ces données peuvent être transférées vers un ordinateur qui capitalisera et centralisera ainsi les différentes données.
De plus, la communication s’effectue dans les deux sens, c’est-à- dire que des paramétrages peuvent aussi être modifiés via la GTC. Un logiciel exploite les différentes données reçues via modem, bus de communication ou ligne téléphonique et les communique de façon conviviale avec l’utilisateur sous forme de schémas synoptiques, de graphiques ou de tableaux. Celui-ci peut ainsi visualiser à distance les différents paramètres de fonctionnement des installations, les modifier ou encore de relever des alarmes.
Il est également possible d’établir des historiques de fonctionnement (courbe de température d’eau, de température ambiante, horaire de programmation, …), ce qui permet de repérer très rapidement un dysfonctionnement de l’installation comme par exemple un mauvais fonctionnement d’un optimiseur, la détérioration d’une sonde, une mise en dérogation oubliée…
Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de transferts d »informations. La gestion est donc grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents.
Pilotage des installations de chauffage
Depuis fin 2002, une GTC pilote les installations de chauffage du site du CHR. Objectif : réguler au mieux les installations afin de répondre aux stricts besoins de chaleur nécessaire et ainsi réduire le niveau de consommation. Cette régulation s’opère à 3 niveaux :
Une régulation primaire sur les chaudières. La chaufferie compte 3 chaudières d’une dizaine d’années de 1 430 kW chacune et équipées de brûleur à gaz pulsé à modulation 2 allures. Un tableau synoptique sur la GTC permet de voir en direct les chaudières en demande et la température de chacune d’elles.
Les besoins annuels en chauffage du bâtiment sont de l’ordre de 2 285 MWh de gaz.
Une régulation secondaire sur les boucles d’alimentation au départ du collecteur principal où l’on pilote les vannes 3 voies en fonction des besoins thermiques particuliers de chaque section.
Une régulation terminale par zone d’occupation et par locaux via des vannes motorisées pilotées suivant les horaires d’occupation programmés.
La GTC va permettre de tenir compte de l’occupation des locaux soit via une programmation horaire soit via une détection de présence, de vérifier les équilibrages hydrauliques, d’enclencher les chaudières seulement quand il le faut, de réguler le fonctionnement des chaudières suivant le fonctionnement de la cogénération,…
Lors de notre visite au CHR, sur l’écran de contrôle les sondes de température extérieure indiquaient 9°C au niveau de la façade est et 19°C au niveau de la façade sud. Un écart de température de 10°C qui influence la température de départ des circuits de façade dont la GTC permet de vérifier la prise en compte.
Des économies ?
Les économies sont principalement réalisées sur les consommations de nuit et de week-end par une bonne prise en compte des inoccupations. Elles ont été chiffrées à quelques 11,6% de gaz pour l’année 2003 par rapport à la consommation annuelle avant placement de la GTC soit environ 14 000 €.
En détail
Économique
Investissement de 135 000 € TVAC pour la rénovation complète des régulations primaire, secondaire et terminale ainsi que pour l’acquisition du logiciel de la GTC.
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.
Informations complémentaires
Paul ARDENOIS
Ingénieur Responsable Énergie
Centre Hospitalier de Mouscron
Tél : 056 858 914
Email : p.ardenois@chmouscron.be
Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.
Il s’agit d’une salle de conférence de 150 places en gradins située en Alsace.
Cette salle a fait l’objet d’une instrumentation par le COSTIC et les résultats de l’analyse, fort intéressants, ont été publiés dans Les Actes du COSTIC n°155 : Les capteurs de qualité d’air pour réguler la ventilation à la demande.
En voici un extrait :
La salle de conférence est alimentée par une centrale de traitement d’air indépendante, à débit constant, sans contrôle d’humidité.
Une sonde CO2, placée dans le conduit de reprise, assure la régulation du volet d’air neuf, avec entière satisfaction de l’exploitant.
Régulation
L’ouverture des registres d’admission d’air neuf répond à deux exigences :
> La présence des occupants, par l’intermédiaire de la lecture du taux de CO2. La consigne est réglée sur 1 200 ppm, avec une bande proportionnelle de 500 ppm autour de cette valeur.
> Le free cooling de la salle, par rafraîchissement par l’air extérieur. Si la température intérieure est dépassée et si l’air extérieur est plus frais que l’air intérieur, un maximum d’air neuf extérieur est fourni aux occupants (principalement en mi-saison).
Un sélecteur permet d’attaquer les registres avec la demande la plus forte.
La régulation doit de plus prévoir un renouvellement minimum, même en cas d’absence totale d’occupants.
Résultats
Le bâtiment ayant été équipé dès l’origine de ce type de système, il n’est pas possible d’estimer l’économie résultant de cette régulation.
Par contre, il est intéressant d’observer les résultats du monitoring (une journée de juin) :
Enregistrement des paramètres
Il apparaît clairement une utilisation très partielle de la salle durant la matinée, puis une occupation élevée à partir de 11h00. Dès 12h30, la salle s’est probablement vidée.
Ce n’est que vers 11h15 que la teneur en CO2 de la salle a dépassé les 950 ppm, seuil minimum d’ouverture des registres d’air neuf
Durant la matinée, la température extérieure est inférieure à la température de l’air repris.
On peut en profiter pour rafraîchir la salle.
Commande du volet d’air neuf
Le volet d’air neuf est bien ouvert au matin (modulé par les besoins de rafraîchissement), puis fermé à 11h00 (T°ext > T°int).
Les pics correspondent à la demande d’ouverture pour les besoins hygiéniques des occupants (avec un maximum à 30 % d’ouverture, correspondant bien au 1 100 ppm de CO2 enregistrés).
Enfin, dans l’après-midi, quelques ouvertures périodiques afin d’assurer un minimum d’air neuf hygiénique.
On imagine clairement l’économie résultant de l’utilisation adéquate du free cooling et du contrôle optimal du débit d’air neuf extérieur à refroidir (ou à réchauffer en hiver) !!!
Le check-up complet des installations de chauffage du Collège St Paul effectué dans le courant de l’année 1997 amène une constatation générale : les installations et leurs composants vieillissent et ne répondent pas toujours ou ne répondent que partiellement au rôle auquel ils sont dévolus.
La conduite, les contrôles, les modifications horaires, les arrêts de chauffe et leur remise en route sont, à cette époque, toujours effectués manuellement par le responsable technique, obligé pour ce faire d’intervenir dans les nombreuses sous-stations dispersées sur tout le site. Des moteurs de vannes sont inopérants (ouverture manuelle pour assurer la chauffe), des horloges sont défectueuses et n’assurent plus les ralentis, la conduite des installations de chauffage devient de plus en plus ardue. Une modernisation de l’ensemble des installations s’impose.
Sous-station avant rénovation.
Les enregistrements de température effectués montrent clairement l’absence de ralenti nocturne.
Il faut remettre en état les régulateurs de tous les circuits, optimaliser les températures des locaux en agissant à la fois sur l’ambiance du local et sur la température de l’eau. Les ralentis doivent être performants et les dérogations aux horaires imposés doivent être facilement applicables (sans imposer un déplacement du responsable technique). Il faut également prévoir la protection anti-gel. Il s’agit d’une rénovation totale avec comme difficulté l’ancienneté du matériel déjà en place, aux performances déclinantes.
État des lieux
Le Collège, construit en pleine nature, fut inauguré en 1927. Sa surface au sol s’élève à plus de 7 000 m². Les bâtiments, tous en béton et érigés sur 5 niveaux abritent quelques 540 élèves, dont 318 internes. Parmi ces derniers, 308 bénéficient de chambrettes individuelles.
Les trois premiers étages sont réservés à l’enseignement proprement dit avec 37 classes et 162 locaux à destinations particulières (labos, salles d’étude, locaux informatiques, locaux paramédicaux, restaurant et cuisines, salle des fêtes, locaux techniques, chaufferies et sous-stations, sanitaires, 27 locaux administratifs).
Les deux derniers étages sont réservés aux dortoirs et à leur équipement sanitaire. Un complexe sportif se composant d’un hall de sports et d’une piscine couverte complète l’infrastructure.
Implantation telle que reprise sur la nouvelle GTC (on y retrouve la température mesurée par les sondes extérieures).
Les bâtiments sont occupés toute la semaine, sauf le week-end. Les internes rentrent le dimanche soir. Les vacances scolaires sont mises à profit pour héberger d’importants groupes extérieurs (stages de langue, sportifs…).
Avant novembre 1998, la puissance totale des installations de chauffage (hors complexe sportif) était de 4 357 kW répartie sur 9 chaudières :
8 alimentées au fuel dont 2 produisant de la vapeur,
1 alimentée au gaz propane (salle d’escalade).
Ces chaudières assurent le chauffage de tous les locaux ainsi que la production d’eau chaude sanitaire via des boilers ou échangeurs rapides.
La consommation annuelle moyenne s’élève à 403 000 litres fuel, pour un coût total TVAC de 108 000 €/an.
Les corps de chauffe sont en fonte pour les plus anciens, en acier avec ailettes pour les plus récents (80 %). La plupart des radiateurs sont déjà équipés de vannes thermostatiques du type institutionnel (anti-vandalisme) avec limitation de température haute.
Les circuits hydrauliques sont bien séparés et desservent des groupes de locaux de même nature (classes, dortoirs, restaurant, … ) en fonction des périodes d’occupation équivalentes. Leur régulation s’effectue via des vannes mélangeuses activées par des sondes extérieures ou d’ambiance et des panneaux installés dans les chaufferies et sous-stations.
Centrale de gestion technique
Pour la conduite et le suivi de l’ensemble des installations rénovées, le responsable technique dispose maintenant d’une GTC (Gestion Technique Centralisée). Elle permet de consulter immédiatement une sélection de graphiques, tous les jours et à n’importe quelle heure. Des schémas synoptiques donnent une parfaite vision de la situation réelle au moment de la consultation. On pourra ainsi relever :
les températures extérieures aux points cardinaux,
la température des chaudières, des collecteurs et des boilers,
l’ouverture en pourcentage des vannes mélangeuses avec la température de l’eau de départ et du local témoin correspondant,
l’état des circulateurs,
l’état des brûleurs,
l’état des cascades des chaudières,
les horaires de fonctionnement et dérogations de tous les circuits,
les relevés temporels graphiques ou numériques des températures extérieures, des classes, des dortoirs…
les points de consigne (températures jour, ralentis, courbes de températures).
Écrans de la GTC.
Le pilotage de l’ensemble des installations de chauffage s’effectue ainsi de façon centralisée, sur base de ces données. La gestion est grandement facilitée par des contrôles visuels fréquents. Les horaires, les dérogations et les vacances sont programmés de façon précise (à la date, au jour et au 1/4 d’heure près). Les pannes sont décelées rapidement avec leurs causes. Le fonctionnement en alternance des équipements (cascade de chaudières, circulateurs) est garant de leur longévité et de la sécurité. La planification de la maintenance est assurée par la comptabilisation des heures de fonctionnement. Les interventions du service technique sont ponctuelles et garantes de la bonne marche de l’installation.
Par ailleurs, et compte tenu des conditions d’exploitation décrites ci-dessus, les économies d’énergie furent significatives.
La rénovation des installations de chauffage s’est effectuée en plusieurs phases :
Phase 1 – le Collège central (du 25 mai 98 au 30 novembre 98)
Le service technique du collège remplace ou adapte les vannes mélangeuses, sondes d’eau et d’ambiance, sondes extérieures et autres composants pour les rendre compatibles à la nouvelle régulation.
De plus, les deux chaudières à vapeur et leurs 4 circuits sont automatisés.
Le service technique du collège tirera environ 2 km de câbles divers ainsi que le bus permettant de véhiculer les informations relatives à plus de 200 points traités.
Les citernes mazout sont équipées de sondes pour permettre une lecture directe des stocks de fuel.
En chaufferie, les armoires électriques sont remplacées et modernisées pour la protection des moteurs, circulateurs, brûleurs…
Nouveaux régulateurs, nouvelles sondes et vannes.
Un support informatique performant est mis en place (pc, imprimante, logiciel) et rassemblé dans un bureau réservé à son usage exclusif.
Local de gestion.
Un transmetteur téléphonique signale immédiatement les pannes critiques.
Facture fournisseurs externes : support informatique : 10 000 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 13 700 €
Phase 2 – le Bloc Pavillon ( 13 septembre 99 – 20 décembre 99)
Conçue selon les mêmes principes que le Collège central, celle-ci est opérationnelle depuis décembre 1999 et offre directement les mêmes atouts dans la conduite des installations.
Le coût de cette seconde phase :
Facture fournisseurs externes : 16 300 €
Estimation fournitures et main d’œuvre interne : 4 600 €
Phase 3 – le complexe sportif et la piscine (année 2000)
Réalisée en 2000, cette phase était plus complexe, surtout au niveau piscine où de nombreux paramètres ont dû être pris en compte pour assurer une conduite optimale de ces installations très spécifiques (qualité de l’eau, température, humidité relative, pH, filtration, conditionnement d’air…).
Budget (hors réalisation en interne) :
Facture fournisseurs externes : 14 600 €
Résultats
Investissement
Budget Total de la centrale de Gestion Technique
Phase 1 bloc – Central collège (1998)
55 100 €
Phase 2 bloc – Pavillon (1999)
20 900 €
Phase – Complexe sportif (2000)
14 600 €
Total
90 600 €
Remarque : dans le cas du complexe sportif et de la piscine, il s’agit de montants hors prestations de main d’œuvre du service technique interne.
Économie
Évolution des consommation annuelle depuis la rénovation de la régulation. Il s’agit de consommation normalisées, c’est-à-dire recalculée pour des conditions météorologiques moyennes communes.
En 2001, on a enregistré par rapport à l’année 1998, une économie de 125 000 litres de fuel/an, au prix moyen de 0,2116 €/litres de fuel. Soit une économie annuelle de 26 450 €/an, pour un investissement total de 90 600 €. Le temps de retour de l’investissement est donc de 3,4 ans.
Toutes ces interventions datent du début des années 2000, le temps de retour estimé est largement écoulé et avant 2006 l’investissement a été récupéré. En 2016, (plus de 10 ans plus tard) , l’institution a économisé au moins 1 250 000 litres de fuel. Au prix moyen de ces 10 dernières années cela représente un montant de 860 000,00 €.
Maison de repos La Charmille
(CPAS de Gembloux)Rue Chapelle Marion, 1 à 5030 Gembloux
Consommations
Eau chaude sanitaire
730 m³ d’eau à 60°C par an
(soit 42 340 kWh/an)
Pertes boucle sanitaire
13 135 kWh/an
Pertes ballons
4 927 kWh/an
(pour 3 ballons)
Électricité pour l’ECS
60 402 kWh/an
(rendement 100 %) [BHU1]
Facture électrique
7 248 €
(selon l’hypothèse de 0.12 €/kWh)
Prédimensionnement du système
Eau chaude sanitaire + Appoint gaz
Superficie de capteurs plans
50 m²
Vol. stockage solaire + vol. stockage appoint
1 000 + 1 000 litres
Bilan Énergétique
Économie d’énergie primaire
2 862 m³ de gaz
(soit 28 627 kWh)
Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint
40.5 % [RDC2]
Bilan Économique
Coût estimé du système
(HTVA, hors subsides)
40 682 € HTVA
Économie annuelle
887 €/an
Coût du kWh solaire
0.072 €/kWh
Bilan Environnemental
Émissions de CO2 évitées par an
5 659 kg CO2/an
Émissions de CO2 évitées sur 25 ans de durée de vie du système
141 tonnes
Coût de la tonne des émissions de CO2 évitée
288 €/tonne
Présentation de l’établissement
Affectation principale
L’établissement audité est une maison de repos et de soins, appartenant au CPAS de Gembloux, qui accueille des personnes âgées valides, semi-valides et invalides.
La maison de repos possède 79 lits ainsi qu’une cuisine.
En annexe à la maison de repos se trouvent les bureaux du CPAS, dont la consommation d’eau chaude n’est pas prise en compte dans le pré-dimensionnement du système solaire.
Taux d’occupation
La maison de repos La Charmille possède un taux d’occupation de 100 % durant la plus grande partie de l’année.
Descriptif de l’installation de production d’eau chaude
Actuellement, l’ECS est produite par 4 ballons électriques (de 1988) de 1 000 litres chacun, raccordés en série (avec une résistance électrique de 10 kW chacun). Un des ballons a rendu l’âme, un autre est sur le point de le faire.
L’eau « devrait » être chauffée durant la nuit sur le tarif exclusif nuit (un compteur dédié au chauffage exclusif nuit a été installé). De fait, étant donné que la consommation d’eau chaude est plus importante que la quantité chauffée la nuit (3 ballons en fonctionnement au lieu des 4 initialement prévus), plusieurs relances en journées sont nécessaires pour maintenir une eau suffisamment chaude.
Combinaison avec le chauffage des locaux
Les locaux sont actuellement chauffés par des accumulateurs électriques statiques datant de la construction du bâtiment, l’eau chaude sanitaire est donc produite de manière indépendante.
Consommation d’électricité du bâtiment
Selon le rapport de l’audit URE remis par l’Institut de Conseils et d’Études en Développement Durable, la consommation annuelle en chauffage est estimée à 670 000 kWh/an pour le chauffage et la production d’eau chaude sanitaire. Le montant total de la facture correspondant à cette consommation est de 33 182,21 € HVAC, soit 0,12 €/kWh (mélange des tarifs exclusif nuit, binôme A et électrothermie).
Estimation de la consommation d’eau chaude
Méthodologie
Étant donné que la consommation d’eau chaude annuelle de la maison de repos La Charmille n’est pas connue, elle doit être estimée à partir des relevés de consommation.
Un compteur a été installé sur l’alimentation en eau froide des ballons d’ECS. Cependant, les relevés de consommation s’avèrent incorrects vu la mauvaise position du compteur sur le circuit d’alimentation. En effet, ce compteur ne prend pas en compte la consommation d’eau froide qui alimente la vanne thermostatique en aval des ballons d’ECS.
Au lieu de changer la place du compteur, nous avons fermé l’alimentation en eau froide de cette vanne thermostatique, d’ailleurs défectueuse. Ainsi, les données de consommation disponibles ne concernent que deux périodes de mesures : du 18 au 25 janvier 2002 et du 16 au 19 avril 2002.
Outre le volume d’eau consommé, il est important de connaître la température d’utilisation. Étant donné le système de production d’ECS (électrique exclusif nuit), cette température évolue tout au long de la journée, contrairement à un système raccordé à une chaudière qui permettrait de respecter une consigne de température constante. On ne peut dès lors pas considérer une température d’utilisation constante équivalente à la consigne de température des ballons (soit 60°C).
Nous avons placé une sonde de température digitale à la sortie des ballons d’ECS. Ces mesures permettent d’affiner la consommation d’énergie nécessaire à la production d’ECS. Par la suite, cette consommation d’énergie est convertie en m³ d’eau chaude à une température de référence de 60°C.
Estimation de la consommation d’eau chaude sanitaire
L’eau chaude sanitaire est utilisée pour les bains, les douches, les lavabos et la cuisine de la maison de repos.
Durant la période de relevé du compteur d’ECS (du 18 au 25 janvier 2002), 21 m³ d’ECS à une température variable ont été consommé, soit 3 m³ par jour. Cette valeur moyenne de consommation est confirmée par la deuxième période de mesures. En effet, entre le vendredi 18 janvier et le vendredi 19 avril, 262 m³ d’ECS ont été consommés en 90 jours, ce qui nous donne une moyenne de 2.9 m³ par jour, valeur très proche des 3 m³.
Pour déterminer la température de consommation, nous effectuons une moyenne arithmétique des mesures de température obtenues avec la sonde entre le 18 et le 25 janvier 2002. Cette température moyenne est égale à 41°C. Convertis en eau chaude à la température de référence de 60°C, 3 m³ d’ECS à 41°C correspondent à 1.9 m³ d’ECS à 60°C.
Cependant, nous prenons une marge de sécurité en arrondissant à 2 m³ de consommation d’ECS à 60°C, ce qui nous donne un ratio de consommation de 25 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour. À titre de comparaison, dans la littérature, ce ratio de consommation est estimé à 40 litres d’ECS à 60°C par lit et par jour, pour une maison de repos.
Profil journalier des besoins en eau chaude
Le profil journalier de consommation d’ECS est illustré par l’histogramme de la figure ci-dessous. Les barres en rouge foncé représentent les mesures, celles en bleu clair représentent une estimation de cette consommation car les mesures n’ont pas pu être relevées pour ces plages horaires nocturnes. L’estimation se base sur le profil de température (à une chute de température correspond un puisage important) et sur les habitudes du personnel (bains et toilette des résidents le matin et faible consommation en soirée), tel que la somme de ces estimations soit égale à la quantité d’eau prélevée qui a été mesurée durant ces plages horaires.
En outre, cette figure montre que l’installation actuelle de production d’ECS ne fonctionne pas de manière optimale. En effet, nous constatons de nombreuses relances des résistances électriques en journée, à un tarif électrique très désavantageux pour la maison de repos. Ces périodes de relance sont représentées par une hausse de la température en sortie des ballons d’ECS. Il est également étonnant que la consigne des 60°C ne soit pas respectée lors du réchauffage de l’ECS la nuit.
Profil journalier de consommation d’ECS et profil journalier de température (mesures et estimations).
Dans la suite du rapport, nous considérons que ce profil journalier se répète de manière cyclique tous les jours de l’année.
Profil hebdomadaire des besoins en eau chaude
Le profil hebdomadaire a été obtenu à partir de la première période de mesure (du 18 au 25 janvier 2002).
Profil hebdomadaire mesuré de consommation d’ECS à 60°C.
Nous remarquons que la consommation d’eau chaude sanitaire est quasi constante d’un jour à l’autre, excepté le dimanche. Pour cette semaine, la consommation moyenne d’eau chaude à la température de référence de 60°C est de 1.9 m³ par jour. Par la suite, nous supposerons un profil hebdomadaire de 7 jours de consommation égale à 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, et ce pour toutes les semaines de l’année.
Variations mensuelles des besoins en eau chaude
Le profil mensuel de consommation d’ECS à 60°C considéré dans ce rapport est illustré ci-dessous. Ce profil a été obtenu en multipliant le nombre de jours compris dans un mois par le ratio de consommation de 2 m³. Ainsi, la maison de repos La Charmille consomme annuellement 730 m³ d’ECS à 60°C.
Profil annuel type de consommation d’ECS à 60°C.
Descriptif du système solaire proposé
Stratégie de conception de l’installation
L’étape suivante consiste concevoir l’installation solaire thermique de production d’eau chaude en fonction des besoins en eau chaude déterminés ci-dessus.
Le système solaire proposé tient compte des contraintes techniques (place disponible, orientation de la toiture…) ainsi que des opportunités présentes pour l’intégration d’un système solaire dans l’installation existante (travaux de rénovations en cours, adéquation des besoins…).
Contraintes et opportunités
Les différentes contraintes et opportunités techniques et/ou architecturales concernent essentiellement :
l’installation des capteurs (surface disponible, orientation, ombrage, accès…),
l’installation des ballons de stockage (place disponible, accès…),
Le toit plat de la maison de repos La Charmille est séparé en deux par un local technique, comprenant les moteurs des ascenseurs, créant un ombrage sur la portion de toit située au nord de ce local. De cette façon, la surface horizontale disponible est limitée à la partie de toit située au sud du local technique, soit 230 m².
Généralement, la surface des capteurs qu’il est possible de poser sur un toit plat, en évitant l’ombrage des champs de capteurs entre eux, est égale à la moitié de la surface du toit. En terme de surface installée de capteurs, cette contrainte se traduit par une surface maximale de 115 m².
Comme nous le verrons par la suite, d’un point de vue économique, la surface optimale de capteurs se trouve bien en-dessous de cette contrainte.
Opportunités
Étant donné que la portion de toiture pressentie est plate et n’est soumise à aucun ombrage, il est possible de choisir l’orientation et l’inclinaison optimale des champs de capteurs.
Installation des ballons de stockage
Contraintes
Aucune contrainte pour l’installation des ballons de stockage dans le local technique du sous-sol n’a été inventoriée.
Par contre, nous déconseillons l’installation des ballons de stockage dans le local technique du toit, où la place disponible est réduite et d’accès difficile.
Opportunités
Étant donné la vétusté de l’installation de production d’ECS existante (un ballon hors service et un deuxième qui menace de percer) et le souhait du gestionnaire d’effectuer des économies d’énergies et financières (production d’ECS et chauffage électrique), un projet de rénovation est en cours. Le moment est donc bien choisi pour évaluer la pertinence d’un système solaire de production d’eau chaude.
Le local technique du sous-sol est suffisamment spacieux (4 ballons de 1 000 litres chacun sont déjà installés) et l’accès est aisé (porte d’environ 2 m de large sur 2 m de haut).
Appoint
Contraintes
Actuellement, l’appoint ne peut être qu’électrique. Outre le coût plus élevé du kWh électrique par rapport au kWh gaz, cet appoint exige, si l’on désire faire fonctionner les résistances au tarif exclusif nuit, un surdimensionnement important du volume de stockage. En effet, il faut qu’en début de journée les ballons de stockage soient chargés au maximum afin d’assurer la satisfaction des besoins en ECS tout au long de la journée. Il faut qu’ils contiennent, dans le cas présent, minimum 3 000 litres d’eau à 60°C (correspondant au pic de consommation mesuré) majoré d’un facteur de surdimensionnement tenant compte des pertes thermiques de la boucle sanitaire et des ballons eux-mêmes.
Opportunité
Étant donné qu’une conduite de gaz passe juste devant la maison de repos La Charmille et qu’il s’avérerait très intéressant d’y installer le chauffage central, il serait plus judicieux d’ assurer l’appoint du système solaire par un échangeur raccordé à la chaudière au gaz. C’est cette option qui sera considérée dans la suite du rapport.
Schéma technique de l’installation
Pour la maison de repos La Charmille et selon la stratégie de conception adoptée, le schéma ci-dessous présente le système solaire optimal pour le préchauffage de l’eau sanitaire.
Schéma de l’installation solaire thermique proposé pour la production d’eau chaude.
D’autres schémas sont possibles, mais celui-ci présente une approche couramment utilisée. Le schéma est expliqué en détail ci-dessous.
Les composants du système solaire présenté peuvent être groupés en 5 catégories.
1. Les capteurs solaires
Pour la production d’eau chaude sanitaire nous choisirons des capteurs plans atmosphériques. En effet, des capteurs solaires sous vides ne conviennent bien souvent que pour des applications à hautes températures ou lorsque la surface disponible en toiture est limitée, ce qui n’est pas le cas de la maison de repos La Charmille. Les capteurs sous-vide possèdent des performances supérieures pour une même surface installée. Cependant, ces capteurs sont, à production identique, plus chers que des capteurs plans atmosphériques.
2. Le circuit primaire
Le circuit primaire est un circuit fermé composé de tuyauteries, généralement en cuivre, qui relient le capteur (13) à un échangeur de chaleur (6) externe au ballon de stockage solaire (23).
Typiquement, pour les grands systèmes solaires, au-delà de 30 m² de capteurs, un échangeur de chaleur externe est utilisé. En effet, les puissances importantes mises en jeu nécessitent de grandes surfaces d’échange. Il n’est cependant pas rare de rencontrer des ballons de stockage solaires à échangeur interne, même pour ces grands systèmes. Ce choix est à discuter avec le fournisseur.
Le circuit primaire, relatif à l’installation sous pression, est totalement rempli d’un fluide caloporteur résistant au gel. On pourrait également travailler avec de l’eau pure non glycolée dans le cas d’un système à vidange. Dans ce cas précis, on peut omettre le vase d’expansion car le circuit primaire n’est pas mis sous pression, mais il faut prévoir la place pour installer le réservoir à vidange entre le champ des capteurs et le ballon de stockage solaire. Le choix d’un système « sous pression » ou « à vidange » peut encore s’effectuer lors de la rédaction du cahier des charges ou même lors de l’adjudication.
Le circuit primaire est muni des accessoires suivants :
Une soupape de sécurité (9) munie d’un manomètre destinée à évacuer les surpressions en cas de surchauffe de l’installation. Cette vanne est raccordée à un réservoir de collecte du fluide caloporteur avec anti-gel pour éviter tout rejet toxique dans le réseau d’égout.
Un vase d’expansion (10), placé du côté aspiration de la pompe de circulation, chargé d’absorber les différences de volume et de récolter la totalité du fluide caloporteur expulsé des capteurs en cas de surchauffe.
Une pompe de circulation (12) assurant la circulation du fluide caloporteur dans le circuit.
Un purgeur manuel (14) permettant d’éliminer l’air en partie haute du circuit lors du remplissage et des entretiens.
Un clapet anti-retour (18) pour éviter la formation d’un contre-courant de thermocirculation qui déchargerait le ballon de stockage solaire de sa chaleur.
Plusieurs vannes d’isolement (11) et (16) pour isoler les composants principaux du système en cas d’entretien ou de remplacement.
Un robinet (8) permettant le remplissage et la vidange du circuit en fluide caloporteur.
3. Le circuit d’eau sanitaire
En amont des ballons de stockage, le circuit d’eau sanitaire est équipé des dispositifs suivants :
Une vanne d’arrêt (1) permettant d’isoler le chauffe-eau solaire du réseau de distribution d’eau sanitaire.
Une soupape de sécurité (4) destinée à protéger le circuit des surpressions.
Un robinet (5) permettant de vidanger l’installation.
Le risque de fuite de liquide caloporteur du circuit primaire au niveau de l’échangeur de chaleur externe ne pouvant être totalement exclu, le réseau d’eau froide sanitaire doit être protégé de toute contamination par le fluide caloporteur. L’alimentation en eau sanitaire est donc équipée du dispositif suivant :
Un disconnecteur non contrôlable à zones de pression différentielle (2) interdisant le retour de l’eau sanitaire du ballon de stockage solaire vers le réseau.
Précisons que ce disconnecteur, les soupapes et robinet de vidange sont raccordés à des réservoirs de collecte du fluide caloporteur (3), l’évacuation directe vers les égouts étant interdite, vu la toxicité de ce fluide.
Les deux ballons de stockage ont une fonction différente : le premier (23), alimenté par le circuit de transfert (19), stocke temporairement l’énergie apportée par l’échangeur (6), tandis que le deuxième (28) permet, grâce à l’appoint, de disposer d’une eau à la température souhaitée, quelles que soient les conditions d’ensoleillement.
Le circuit d’eau sanitaire est également pourvu des composants suivant :
Une vanne thermostatique à trois voies (24) dirigeant l’eau sortant du ballon de stockage solaire, en fonction de sa température, soit vers l’installation de chauffe complémentaire, soit directement vers les points de puisage.
Une conduite (25) permettant de by-passer le ballon d’appoint pré-existant chaque fois que le ballon de stockage solaire peut assurer seul la satisfaction des besoins en eau chaude.
Une conduite (27) équipée d’une vanne on/off motorisée et d’un circulateur reliant la partie haute du ballon d’appoint à la partie basse du ballon de stockage solaire.
Une conduite (29) équipée d’un clapet anti-retour et d’un circulateur permettant de transférer l’eau chaude du premier ballon (23) au second (28).
En outre, en cas d’ensoleillement important (été), l’eau chaude sanitaire peut sortir du ballon de stockage solaire (23) à une température supérieure à la consigne (soit 60°C pour la maison de repos La Charmille). Afin d’éviter tout risque de brûlure aux points de puisage, l’installation est donc munie du dispositif suivant :
Une vanne thermostatique à 3 voies (22) mélangeant de l’eau froide à l’eau chaude de façon à produire de l’eau à une température maximale égale à la consigne de 60°C.
4. Régulation
L’installation solaire thermique de production d’eau chaude est totalement automatisée. Ce système possède trois organes de régulation (généralement contenu dans un seul boîtier), chacun ayant une mission qui lui est propre :
Un appareil de régulation (17) pour le circuit primaire, qui commande le circulateur (12) et celui du circuit de transfert (19).
Un appareil de régulation (26), qui commande la vanne et le circulateur de la conduite (27).
Un appareil de régulation (31) commandant le circulateur de la chaudière (30) et le circulateur de la conduite (29).
Les règles de décision de ces 3 organes de la régulation seront explicitées dans le fonctionnement du système solaire.
5. L’appoint
Les panneaux solaires ne peuvent à eux seuls satisfaire l’entièreté des besoins en eau chaude. Un système solaire comprend donc toujours une connexion à un appoint. Dans le cas présent, l’appoint sera assuré par une chaudière au gaz (30) qui chauffe le ballon d’appoint (28).
Fonctionnement du système solaire
Toujours sur base du schéma technique général, nous allons passer en revue la régulation du système solaire.
1. Régulation du circuit primaire
Le principe qui régi la régulation est de véhiculer l’énergie contenue dans les capteurs (13) vers le ballon de stockage solaire (23) de façon à maximiser la production solaire.
Le circulateur (12) du circuit primaire et celui du circuit de transfert (19) sont mis en marche lorsqu’une différence de température supérieure à la consigne de démarrage programmée dans la régulation (17) est mesurée entre la sonde capteur (15) et la sonde en fond de ballon de stockage solaire (20). typiquement, cet écart de température est de l’ordre de 5 à 10°C. La régulation met les deux circulateurs à l’arrêt dans deux cas :
Soit, pour un ensoleillement trop faible, lorsque la différence de température est inférieure à la consigne d’arrêt (typiquement 2°C et en tout cas toujours inférieure à la consigne de démarrage pour éviter des conflits de régulation c.-à-d. marche – arrêt intempestif).
Soit, pour un ensoleillement trop abondant, lorsque la température en pied de ballon de stockage solaire dépasse la température limite programmée dans la consigne. Cette température varie entre 60 et 75°C selon le fournisseur.
De par sa conception, une installation à circuit primaire classique sous pression peut atteindre des températures de fonctionnement supérieures à 100°C (jusqu’à 130°C avec une pression de 6 bars). De ce fait, certains constructeurs équipent leurs installations d’une autre sonde de température (21) positionnée en tête de ballon de stockage solaire. Dans ce cas la mise à l’arrêt en cas de surchauffe est commandée lorsque la température mesurée par cette sonde atteint 95°C.
2. Régulation des ballons de stockage
Les ballons de stockage ne nécessitent pas de régulation particulière, ils chauffent et refroidissent selon les apports et les soutirages d’eau chaude.
Cependant, une désinfection thermique du ballon de stockage solaire doit être prévue afin d’éviter les risques de légionellose. La régulation des ballons de stockage gère la conduite (27) permettant d’assurer cette désinfection thermique. Cette désinfection consiste à porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à une température de 60°C par transfert d’eau chaude provenant du ballon d’appoint. Pour ce faire, la vanne motorisée est ouverte et le circulateur du circuit (27) est mis en fonctionnement jusqu’à obtenir la température requise en tête de ballon de stockage solaire. La manœuvre est commandée par la régulation (26) raccordée à une horloge programmable. En effet, pour la prévention de la prolifération de légionelles, il est recommandé de porter l’ensemble du ballon de stockage solaire à 60°C toutes les 24 heures.
3. Régulation de l’appoint
Finalement, le troisième organe de régulation (31) commande l’appoint. Le système d’appoint assure la fourniture constante d’eau à la température de consommation requise. La chaudière est également commandée par la régulation de l’appoint pour la désinfection thermique du ballon de stockage solaire, indépendamment des prélèvements aux points de puisage.
Pré-dimensionnement du système solaire
Méthodologie
La méthodologie suivie pour le pré-dimensionnement du système solaire est la suivante :
Détermination d’une dimension du système permettant de répondre aux besoins en tenant compte des contraintes techniques et architecturales.
Recherche du dimensionnement optimal du point de vue économique. Les deux variables considérées sont la superficie des capteurs et le volume de stockage.
Cet ajustement est réalisé en effectuant plusieurs simulations avec le logiciel suisse Polysun 3.3 Plus (version 2001) et tient compte du coût des composants du système solaire.
Le paramètre calculé est le coût du kWh d’eau chauffée par le système solaire (hors appoint). Le coût du kWh solaire le plus faible détermine la dimension optimale du système solaire.
Hypothèses de calcul
Les hypothèses de calcul concernent essentiellement la consommation d’eau chaude sanitaire.
La maison de repos La Charmille consomme 2 m³ d’ECS à 60°C par jour, soit 116 kWh par jour.
Le profil hebdomadaire correspond à 7 jours de consommation constante égale à 2 m³.
Le profil mensuel de la figure 7 est pris en compte pour la simulation.
La consommation annuelle d’ECS à 60°C est de 730 m³, soit une énergie équivalente de 42 340 kWh.
L’eau froide qui entre dans le système a une température égale à 10°C.
L’existence d’une boucle d’ECS entraînant des pertes d’environ 13 135 kWh par an.Les caractéristiques suivantes ont été considérées :longueur : 200 m, diamètre : 50 mm,
delta de température : 40°C, isolation en laine minérale de 40 mm d’épaisseur, fonctionnement : de 5h à 22h, soit un total de 6 570h par an.
Paramètres de simulation
Les paramètres de simulation se rapportent au système solaire : les conditions d’ensoleillement, les capteurs, les ballons de stockage, la puissance de la chaudière d’appoint, …
Conditions d’ensoleillement
Les conditions d’ensoleillement correspondent à une année météorologique type en région namuroise (données fournies par le logiciel de simulation : Météonorme 95 valeurs horaires).
Capteurs solaires
Orientation optimale, plein sud.
Inclinaison optimale de 40° par rapport à l’horizontale.
Aucun ombrage des capteurs (par des arbres, bâtiments ou collines, ou par les rangées successives de capteurs).
Capteurs plans atmosphériques : h0 = 0.8060, h1 = 3.551 W/m²K et 2 = 0.013 W/m²K (moyenne de trois marques réputées de capteurs, proposées sur le marché wallon).
Ballons de stockage
Le ballon de stockage solaire possède un échangeur de chaleur externe et est isolé par 150 mm de laine de verre.
Le ballon de stockage d’appoint possède un échangeur interne et est isolé par 150 mm de laine de verre.
Chaudière d’appoint au gaz
Puissance nominale de 250 kW (fixée arbitrairement).
Consigne de marche : 60°C, consigne d’arrêt : 65°C.
Schéma du système solaire simulé
Le schéma proposé par Polysun (le plus proche du schéma souhaité) est illustré ci-dessous. Les chiffres de surface de capteurs et de volume de stockage concernent les dimensions optimales du système solaire pour la production d’ECS.
Schéma du système solaire simulé avec Polysun.
Premier dimensionnement
Généralement, pour une première estimation de la surface de capteurs nécessaires pour couvrir une fraction des besoins en ECS, il est d’usage de diviser la consommation d’ECS à 60°C par jour, exprimé en litres, par le facteur 75, tel que le montre la formule suivante :
où :
Scapteurs = Surface des capteurs selon un premier dimensionnement (en m²).
VECS à 60°C = Volume d’ECS consommé par jour à 60°C (en litres).
Ce premier dimensionnement nous donne une surface de capteurs d’environ 27 m³.
De même, pour estimer le volume de stockage correspondant à cette superficie de capteurs, il est d’usage de multiplier cette surface par le facteur 20 (dans le cas d’une maison de repos), tel qu’illustré par la formule suivante :
où :
Vstockage= Volume de stockage du système solaire (en litres).
Ce premier dimensionnement nous donne un volume de stockage solaire égal à 540 litres.
Dimensionnement optimal pour la production d’ECS seule
Estimation du coût du système
L’optimisation du dimensionnement s’effectuant selon une recherche du coût minimum du kWh solaire, il est nécessaire d’évaluer ce coût.
Pour ce faire, nous avons demandé à différents fournisseurs de réaliser un devis pour 4 dimensions différentes du même système solaire.
Les coûts des composants repris dans ce rapport font la moyenne des prix proposés par deux fournisseurs ayant répondu favorablement, majorée de 4 %.
Le tableau ci-dessous indique un coût moyen par poste principal.
Les prix sont exprimés en € et s’entendent hors TVA. La main d’œuvre pour le montage de l’installation est comprise dans le prix. Il s’agit d’un ordre de grandeur donné à titre d’information.
Coût moyen d’un système solaire par poste principal.
Surface optimale
Le tableau ci-dessus montre que la surface installée de capteur est le facteur qui influence le plus largement les coûts. Nous allons donc, en premier lieu, estimé la surface optimale de capteurs qu’il faut installer à la maison de repos La Charmille.
Une première série de simulations ont été effectuées pour quatre surfaces de capteurs (25, 50, 75 et 100 m²) et pour le même volume de stockage 2 000 litres au total). Le logiciel Polysun fournit l’apport solaire annuel (en kWh/an) pour ces quatre superficies de capteurs.
Ensuite, il faut calculer le coût du kWh solaire. Pour ce faire, on considère une durée de vie réaliste du système de 25 ans. La formule permettant de calculer ce coût est la suivante :
où :
CkWh solaire = coût du kWh solaire (en € / kWh )
INV = Investissement total du système solaire (en €)
n = durée de vie escomptée du système solaire (en année)
AkWh solaire = apport solaire annuel (en kWh / an)
Finalement, cette formule, appliquée aux quatre surfaces de capteurs considérées (25, 50, 75 et 100 m²), donne le coût moyen estimé du kWh solaire :
Optimisation de la surface de l’installation qui minimise le coût moyen du kWh solaire.
Nous remarquons qu’à l’optimum économique, soit une surface de capteurs d’environ 50 m², le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 €.
Volume de stockage optimal
Nous allons à présent déterminer l’optimum économique du volume de stockage du système solaire correspondant à la surface de capteurs optimale (50 m²). nous calculons le coût moyen du kWh pour quatre volumes différents, à savoir 1 500, 2 000, 3 000 et 4 000 litres, le coût du stockage solaire est estimé quant à lui à environ 3 300 € par 1 000 litres.
D’après les résultats de simulation, le volume de stockage correspondant à l’optimum économique est d’environ 2 000 litres au total, soit 1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint.
Cet optimum pour le volume de stockage est illustré ci-dessous.
Optimisation du volume de stockage qui minimise le coût moyen du kWh solaire.
Conclusion
Pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille, les dimensions optimales du système solaire, du point de vue économique, sont les suivantes :
Une surface installée de capteurs d’environ 50 m²,
et un volume de stockage d’environ 2 000 litres (1 000 litres pour le ballon de stockage solaire et 1 000 litres pour le ballon de stockage d’appoint).
Faisons remarquer que si l’appoint est électrique et que l’on désire faire fonctionner les résistances sur le tarif exclusif nuit, il faudra majorer le volume stockage d’appoint d’environ 3 à 4 000 litres.
À noter qu’il s’agit d’un optimum économique. Il est tout à fait possible d’installer une superficie de capteurs plus importante, qui aura l’avantage d’augmenter l’économie en énergie primaire et donc de réduire davantage les émissions de CO2 pour la production d’ECS à la maison de repos La Charmille.
Bilan de l’opération
Bilan énergétique
Fraction de l’énergie utile non fournie par l’appoint (en %)
L’énergie utile Qu représente la quantité de chaleur qui a été nécessaire pour chauffée l’eau consommée. Cette valeur tient compte des pertes du circuit solaire (tuyaux, pompe, capteurs, …), des pertes de stockage et de l’énergie auxiliaire qui a du être fournie par le chauffage d’appoint. Si l’on retire de Qu la partie fournie par l’appoint Qaux.net, et que l’on rapporte cette quantité obtenue par l’énergie utile Qu, nous obtenons la fraction solaire utile, soit le fraction de l’énergie utile qui n’a pas dû être fournie par l’appoint, telle que le montre la formule suivante :
Pour le système solaire possédant les dimensions optimales, l’énergie utile nécessaire pour produire 730 m³ à 60°C est de 56 570 kWh/an (pertes comprises). L’énergie auxiliaire de l’appoint est de 33 668 kWh/an.
Ainsi, la fraction solaire utile est de 40.5 % telle que le montre la formule suivante :
Économie d’énergie primaire
Cette énergie fournie chaque année par le rayonnement solaire ne doit pas être produite par la chaudière. S’agissant d’une chaudière au gaz à haut rendement dont le rendement annuel global est égal à 80 %, l’économie d’énergie primaire réalisée est de 28 627 kWh/an, d’après la formule suivante :
Un m³ de gaz ayant un PCI d’environ 10 000 Wh/Nm³, le système solaire permet d’économiser 2 863 m³ de gaz par an.
Bilan économique
Estimation du coût du kWh solaire
Le coût du système solaire optimal est de 40 682 € HTVA, hors subsides, main d’œuvre comprise. Ce système solaire permet de produire 22 902 kWh/an par le soleil. Ainsi, comme mentionné précédemment, le coût du kWh solaire est d’environ 0,072 € avec une durée de vie du système estimée à 25 ans.
Gain économique
Au prix du gaz de 2001, soit environ 0.31 €/m³ (tarif ND2), le gain économique annuel consécutif à l’installation du système solaire est d’environ 887 €, correspondant à une réduction de la facture de 40.5 % pour la production d’ECS.
L’avantage économique majeur du système solaire réside dans le prix constant du kWh solaire. Alors que, pour les énergies fossiles, les scénarios les plus réalistes tablent sur une augmentation des prix de ces énergies dans les prochaines années. Comme nous l’avons constaté entre 1998 et 2001, le prix du gaz a augmenté de 41 % en 3 ans ! Il va de soi que si le prix du gaz double, l’économie financière réalisée est également doublée.
À noter que les éventuelles primes et subsides que la maison de repos La Charmille peut obtenir pour l’installation d’un système solaire de production d’eau chaude ne sont pas prises en compte dans les calculs de coût du kWh solaire ni du gain économique.
Bilan environnemental
Émissions de CO2 évitées
Le facteur d’émission du gaz naturel est de 249 grammes de CO2 par kWh d’énergie primaire.
Ce facteur, issu du Décret du 12 avril 2001 relatif à l’organisation du marché de l’électricité en Wallonie, tient compte des émissions de CO2 liées à la production du gaz naturel. Le système solaire permet une réduction de 5 659 kg de CO2 chaque année, soit un total de 141 tonnes sur la durée de vie du système (25 ans).
Nous pouvons également calculer le coût des émissions de CO2 évitées en divisant le coût total du système solaire par la réduction de CO2.
Le système solaire optimal coûte 40 682 € (hors subsides) et permet d’éviter l’émission de 141 tonnes de CO2 sur 25 ans. Le coût des émissions de CO2 évitées est par conséquent de 288 €/tonne.
Autres Impacts
Les autres impacts positifs d’un tel projet résident dans la visibilité du système solaire, rejaillissant sur l’image « durable » de la maison de repos La Charmille, ainsi que dans l’aspect didactique de l’installation : le personnel pourra s’apercevoir de l’intérêt évident et de la facilité de fonctionnement d’une installation solaire de production d’eau chaude.
En outre, la maison de repos La Charmille se positionnera parmi les premiers projets de maison de repos « solaire » de la nouvelle génération.
Contrôle des performances
Garantie de Résultats Solaires
Appliquée à la production collective d’eau chaude sanitaire, la Garantie de Résultats Solaires correspond à un engagement contractuel de fourniture d’énergie thermique d’origine solaire pour un besoin donnée d’ECS. Cette garantie permet à l’auteur de projet d’avoir un seul interlocuteur qui représente solidairement le fournisseur, le bureau d’études et l’installateur. Comme toute garantie, si le consortium ne respecte pas ses engagements, il devra dédommager l’auteur de projet. Cette garantie, d’ailleurs proposée par certains fournisseurs en Belgique, est vivement conseillée.
Monitoring
Les fournisseurs peuvent également assurer, en dehors de la garantie de résultats solaires, le monitoring du système solaire (mesures énergétiques, acquisition et transfert des données). Le monitoring a l’avantage de faire connaître avec précision l’apport solaire pour le pré-chauffage de l’eau mais également de déceler tout dysfonctionnement du système ou une consommation anormale de l’établissement.
Ce qui a été réalisé
En 2003 les travaux furent entrepris et l’installation entra en service en mai à la grande satisfaction des utilisateurs.
Les installations
L’installation réellement mise en place fut légèrement différente de ce qui avait été prévu.
75 m² de capteurs furent placés au lieu de 50 m² : 32 panneaux de 2.32 m² utiles.
32 panneaux de 2.32 m².
Le circuit primaire ne fut pas installé. Il fut remplacé par des ballons de stockage solaire à échangeur interne. Il n’y donc pas d’échangeur de chaleur externe. De plus, le système n’est pas « sous pression » mais « à vidange gravitaire ». De cette manière, dès que les pompes s’arrêtent le circuit extérieur se vide dans des réservoirs de stockage et tous les risques de gel des installations disparaissent. Cela nécessite cependant beaucoup de soin dans la mise en place afin qu’à tout endroit il y ait une pente suffisante vers les réservoirs. Toute contrepente est à proscrire.
La pente des canalisations permet la vidange automatique à l’arrêt.
Les réservoirs à vidange.
Trois ballons de stockage solaire de 1 000 litres furent installés.
Trois ballons de stockage de 1000 litres = 3000 litres.
L’appoint se faisant en série, l’eau passe ensuite dans deux ballons de 850 litres qui permettent grâce à l’appoint fourni par le chauffage central de disposer d’une eau à la température souhaitée. Un des ballons est dédié à la fourniture de l’eau chaude sanitaire à 45 °C, l’autre à l’eau chaude de cuisine à 60 °C. Des vannes mélangeuses thermostatiques à trois voies règlent la température des boucles de distribution.
Deux ballons de 850 litres branchés sur le chauffage central permettent grâce à l’appoint de disposer d’une eau à température souhaitée quelles que soient les conditions d’ensoleillement.
Les radiateurs électriques à accumulation installés dans le bâtiment ont été remplacés par un chauffage central au gaz. Deux chaudières de 290 kW chacune ont été placées dans un local technique en toiture. Le choix de cet emplacement a été justifié par des raisons pratiques de sécurité et par l’absence de cheminée déjà existante. Ce sont ces chaudières qui fournissent l’appoint en eau chaude sanitaire. La puissance de ces chaudières est largement suffisante, car le bâtiment, bien qu’ancien, est thermiquement isolé. L’isolation doit sa présence au chauffage électrique qui a été installé à l’origine de l’immeuble.
Les deux chaudières de 290 kW.
Les rendements
Mis à part quelques réparations effectuées sous garantie en début de fonctionnement, l’installation s’est révélée fiable et facile d’usage. Dès 2004 la production solaire atteignait 29 000 kWh soit environ 380 kWh/m². Depuis, la production tourne autour des 35 000 kWh par an.
Grâce aux subsides, l’installation a été amortie en deux ans. Il en aurait fallu vingt sans les subsides !
Un deuxième home du CPAS de Gembloux, situé à Grand-Leez a été équipé d’un système semblable tout aussi efficace.
![Rénovation du collège Don Bosco à Woluwe-Saint-Lambert [éclairage]](https://energieplus-lesite.be/wp-content/uploads/2007/09/don-bosco-1024x633.gif "Rénovation du collège Don Bosco à Woluwe-Saint-Lambert [éclairage]")
