POE : le bâtiment Oxira – bâtiment administratif et hall de fabrication

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 partout donc 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.
    • Ergonomie avant esthétique
    • Fonctionnement avant esthétique
    • Bureaux avant les accès et la circulation

POE : le bâtiment Regain – bureaux


Enquête généraliste

Bureau R0

HIVER

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 POE

POE : le bâtiment JEMA – bureaux et ateliers


Description du cas

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)

Au niveau des techniques spéciales :

  • Chauffage des bureaux par une chaudière gaz condensation.
  • Les émetteurs sont des radiateurs équipés d’une vanne thermostatique ;
  • 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 éclairage artificiel 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.

POE : le bâtiment BIION – bureaux et ateliers


Compte rendu de la visite

Description générale

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

  1. Analyse générale sommaire de routine
  2. 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).
  3. Analyse du confort visuel sous le lanterneau + comparaison avec la mesure d’un luxmètre.
  4. Analyse des consommations électriques. Laisser varier un peu plus les températures dans le paysager permettrait de consommer moins.
  5. Analyser le taux d’occupation de la salle de réunion : faut-il la climatiser en continu ?

Étude : Le Qzen c’est …

Étude :  Le Qzen c'est ...


Introduction

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 :

  1. 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.
  2. 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.
  3. 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.
  4. Encoder les 162 fichiers .PEB obtenus via les étapes précédentes.
  5. Afficher les résultats bruts triés par scénario d’isolation et options techniques
  6. 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

 

PEB, schéma de l'échantillon.
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 :

Graphique sur les 3 hypothèses niveau isolation.

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

Graphique sur les résultats bruts.

Probabilité d’être Q-ZEN, par scénario, en fonction du niveau d’isolation.

Graphique sur les scénarios par 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.

 

Géothermie et géo-cooling dans un centre de formation

Une alternative économique pour le refroidissement des locaux.

Géothermie et géo-cooling dans un centre de formation

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).


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 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 :

  1. Respecter les Umax.
  2. Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
  3. Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné.
  4. 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.
  5. 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).

Profil géothermique mensuel (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.

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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 :

  1. Respecter les Umax.
  2. Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
  3. Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné.
  4. 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.
  5. 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.

Nom de la paroi U (W/m²K) Umax (W/m²K)
Fenêtres 0.74 1.50 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Vitrage fenêtres 0.50 1.10 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Fenêtre de toiture 1.36 1.50 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Vitrage fenêtre de toiture 1.10 1.10 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Toiture sur 1er étage 0.09 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Toiture sur 2ème étage 0.08 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Mur isolé par l’intérieur 0.23 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Mitoyen non bâti côté voisin 0.12 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
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Façade bureau 0.13 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Autres façades 0.19 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Pied de façade 0.22 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Dalle sur sol 0.09 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Dalle sur extérieur 0.08 0.24 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Porte 1.00 2.00 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]
Mitoyens bâtis côté voisins < 0.63 1.00 [fusion_fontawesome icon= »fa-check fas » size= » » flip= » » rotate= » » spin= »no » alignment= » » hide_on_mobile= »small-visibility,medium-visibility,large-visibility » class= » » id= » » margin_top= » » margin_right= » » margin_bottom= » » margin_left= » » circle= »yes » iconcolor= » » circlecolor= » » circlebordercolor= » » animation_type= » » animation_direction= »down » animation_speed= »0.1″ animation_offset= » »][/fusion_fontawesome]

2. Respect du critère K ≤ K35

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).

  1. Mur existant isolé par l’extérieur
  2. Toiture existante isolée par l’extérieur et végétalisée
  3. Nouveau mur à ossature bois
  4. Nouvelle toiture compacte
  5. Nouveau mur isolé par l’intérieur et l’extérieur
  6. Mur extérieur existant isolé par l’intérieur
  7. 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.

Nouveau bâtiment des bureaux d’un entrepôt

Nouveau bâtiment des bureaux d’un entrepôt

Les bureaux de la firme RADERMECKER INTERCHIMIE © JL DERU.

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.

Plan général (extrait plan architecte).

Coupe générale (extrait plan architecte).

Les bureaux intégrés à la structure des rayonnages © JL DERU

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.

L’intérieur des bureaux © JL DERU 1.

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.

1.    des TL de 35 W

2.    des downlight LED compacts de format rond

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 ?

  1. Respecter les Umax.
  2. Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs
  3. Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné
  4. 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
  5. Installer un comptage énergétique pour chaque unité PEB

1. Respect des Umax

Les Umax à respecter dans le cas présent sont :

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

Le tableau ci-dessous, extrait du logiciel de calcul PEB, montre que cette exigence a été respectée partout.

Nom de la paroi U (W/m²K)
Fenêtres 0.78

Fenêtre SAS Sud-Ouest 0.69

Vitrages 0.53

Murs extérieurs 0.1

Plafonds 0.06

Planchers 0.08

Les performances des fenêtres et des vitrages ont été montrées à l’aide de pièces justificatives émises par les fabricants.

 

Les châssis en bois avec triple vitrage © JL DERU.

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 :

  1. Option A : méthode détaillée
  2. Option B : méthode des nœuds PEB conformes
  3. 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
Site internet : www.canevas.be

 

Comment améliorer encore un bâtiment performant ?

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

La crèche « Fort Lapin ».

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

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

Introduction

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

L’objectif a été atteint.

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

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

Description du bâtiment

Rez-de-chaussée.

Étage.

Les plans de la crèche

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

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

Structure

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

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

Le système CLT.

Isolation thermique de l’enveloppe

Les façades sont isolées thermiquement par l’extérieur.

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

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

Cimentage sur isolant.

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

Les châssis en bois avec triple vitrage.

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

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

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

Installations techniques

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

La chaudière étanche à Gaz à condensation.

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

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

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

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

Appareil d’éclairage à LED.

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

Le bâtiment a été évalué par rapport aux exigences PEB et, plus particulièrement, au standard Q-ZEN. Le fichier PEB initial encodé en 2013 a été analysé. Ensuite, il a été mis à jour en supposant un encodage en 2021 (ou en 2019 pour les bâtiments publics).
La crèche « Fort Lapin » est un bâtiment neuf ayant comme fonction soin de santé sans occupation nocturne.

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

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

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

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

  1. Respecter les Umax.
  2. Ne pas dépasser le niveau K maximum en tenant compte de l’impact des nœuds constructifs.
  3. Ne pas dépasser le niveau EW maximum spécifique au bâtiment concerné.
  4. 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.
  5. 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 :

  1. Option A : méthode détaillée ;
  2. Option B : méthode des nœuds PEB conformes ;
  3. 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 :

  1. λélément intermédiaire ≤ 0,2 W⁄mK
  2. Rélément intermédiaire ≥ min⁡(Risolant 1⁄2 ; Risolant 2⁄2)
    ou Rélément intermédiaire > 2m²KW
  3. 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 :

  1. λélément intermédiaire = 0,12 WmK ≤0,2 WmK -> V
  2. Rélément intermédiaire = 0,30/0,12 = 2,50 KW ≥ min⁡(0,13/0,023 ⁄ 2;0,20/0,025 ⁄2) -> X
    ou Rélément intermédiaire = 0,30/0,12 = 2,5 m²KW > 2 m²KW -> V
  3. 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.

  1. Option A : méthode détaillée ;
  2. Option B : méthode des nœuds PEB conformes ;
  3. 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 :

  1. En vert : niveau d’étanchéité obtenu en faisant une véritable expertise (0 < v50 < 2)
  2. En orange : niveau d’étanchéité obtenu en faisant une conception judicieuse et une mise en œuvre soignée (2 < v50 < 6)
  3. 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

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

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

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

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

Il n’y a aucune différence pour les valeurs d’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
Angle vertical de la saillie horizontale 11° 24°
Angle de saillie à droite
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.

Des halls de tri de BPOST « très basse énergie »

  • Création juillet 2016.
  • Auteur : Claude Crabbé
  • Mise en page et Antidote OK, Sylvie

Des halls de tri de BPOST "très basse énergie"

BPOST – Arch. BEAI –  photo Serge BRISON.


Introduction

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

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

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

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

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


Des bâtiments compacts

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

Un bâtiment compact.

Cela présente les avantages suivants :
L’efficacité thermique

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

Le coût

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

La sobriété

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

Gestion de l’espace

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

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


Des parois extérieures bien isolées

Façades du hall

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

Façades du hall de manutention.

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

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

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

Calculs

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

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

Façades des bureaux

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

Façades des bureaux.

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

Calculs

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

La toiture plate

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

Cet isolant a un coefficient de conductivité thermique utile déclaré 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.

Calculs

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

 

La toiture plate.

(BPOST Houdeng-Goegnies).


Des nœuds constructifs bien étudiés

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

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

Le raccord entre la façade des bureaux et la toiture plate

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

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

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

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

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

Les raccords entre les menuiseries extérieures et les façades

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

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

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


Une bonne étanchéité à l’air

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

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

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

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

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

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

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

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


Des risques de surchauffe réduits

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

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

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

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

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

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

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

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


Le choix des systèmes constructifs et matériaux

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

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

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

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


La lumière naturelle

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

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

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


Informations complémentaires

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

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

Etude de cas exemplaire (Vidéo)

Un bel exemple d’entreprise, ici une boulangerie, où l’idée de développement durable à été pensée dans sa globalité.

Projet ECOFFICE

Projet ECOFFICE


Description du bâtiment

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.


Monitorings

Les performances sont publiées sur le site du projet  www.ecoffice-building.be.

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
  • Cofely Services S.A., groupe Suez
  • Holcim (Belgique) S.A.

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, proposition d’équipements

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, proposition d'équipements

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

Schéma 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, …

 Schéma refroidissement direct des classes la nuit, par ouverture de la façade.

  • 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 !

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, un premier bilan

Ecole passive de Louvain-La-Neuve, un premier bilan


Introduction

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 !

Queen’s Building de l’université de Montfort

Entrée (orientation nord-est).

Façade sud-est.

Façade nord-ouest .


Introduction

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 :

  1. 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.
  2. 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 :

  1. une étude approfondie de l’éclairage, naturel et artificiel;
  2. 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 :

  1. les fenêtres ne sont pas protégées par des grilles, ce qui poserait des problèmes de sécurité si elles étaient laissées ouvertes toute la nuit.
  2. 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.

Les types de protection sont les suivants :

  • avancée de toiture,
  • relief de façade,
  • ombre portée du bâtiment,
  • panneaux d’ombrage,
  • 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).
Photo auditoire.
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.

Photo briques apparentes.

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

Centre administratif du Powergen

Façade est .

Façade nord.

Façade sud.


Résumé

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.

  1. 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.
  1. Les équipements informatiques les plus importants (serveurs, imprimantes laser, etc.), ainsi que les photocopieuses, sont regroupés dans des locaux séparés, refroidis séparément.
  2. 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.

Plan bâtiment.


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

Schéma 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

Photo fenêtres hautes d'extraction.  Photo fenêtres hautes d'extraction, détail.

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 :

  1. la température moyenne des bureaux à la fin de la journée dépasse 23°C,
  2. la température extérieure maximale de la journée dépasse 21°C,
  3. 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.

Photo lumière naturelle de l'atrium.  Photo lumière naturelle de l'atrium.

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 :

  1. extérieure, près des façades vitrées,
  2. centrale, au milieu du plateau de bureau,
  3. 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.

Auvents métalliques fixes sur la façade sud.

> Les stores intérieurs déroulants :

  • 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.


Équipements

Ventilation

Une ventilation mécanique complémentaire assure :

  1. l’apport en air hygiénique,
  2. une partie du chauffage des bureaux en hiver,
  3. 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 :

  1. le chauffage de l’air pulsé (batteries à eau dans les groupes de préparation de l’air, et post-chauffe électrique par étage),
  2. des résistances électriques de faible puissance sous les fenêtres,
  3. la dissipation de la chaleur du condenseur de la machine frigorifique dans les radiateurs de l’atrium.

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 :

  1. récupération de chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique,
  2. pompe à chaleur air/eau qui prépare de l’eau à basse température,
  3. chaudière au mazout pour les besoins exceptionnels de pointe.

Exemples.

  1. 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.
  2. 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.

  • Architectes : Bennetts Associates
  • Ingénieurs stabilité : Curtins Consulting Engineers
  • 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 :

  1. 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.
  2. 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.

Chaudière à condensation pour la résidence « Les Trois Rois »

Chaudière à condensation pour la résidence "Les Trois Rois"


Introduction

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

Photo chaufferie.

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.

Bâtiment environnemental du BRE

Bâtiment environnemental du BRE.

Façade sud.

Angle sud-ouest.

Façade nord.


Le BRE

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.

Schéma principe de ventilation.

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 :

  1. température de la dalle de plafond > 23°C
  2. température extérieure de l’après-midi > 18°C
  3. température de toute zone du bâtiment > 23°
  4. 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.

Photo 3eme niveau. 

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.

Photo salle de séminaire, extérieur.  Photo salle de séminaire, extérieur.

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.

Apports solaires

Sur la façade sud, les apports solaires sont limités grâce à des protections extérieures :

  • 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.

Photo stores - 01.   Photo stores - 02.

Auvents métalliques et volets extérieurs.

Photo stores - 03.   Photo stores - 04.

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.

Photo stores intérieurs.

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.

Photo light-shelves.  Schéma light-shelves.

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 :

  1. pas plus de 25°C plus de 5 % du temps,
  2. 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 :

  1. respecter les critères de confort,
  2. 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