Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.
En 2021, toutes les nouvelles constructions wallonnes seront devront respecter le standard Q-ZEN. Pour les bâtiments publics ce sera déjà le cas dès janvier 2019 !
Dans le cadre de ce nouveau pas réglementaire vers des bâtiments plus performants, l’équipe d’énergie plus s’est posé une série de question : qu’est-ce qu’un bâtiment Q-ZEN ? À quoi ressemble-t-il ? Embarque-t-il nécessairement du renouvelable ? Implique-t-il nécessairement un surcoût sur les techniques ? Quelle performance doit atteindre l’enveloppe ? Peut-on être Q-ZEN simplement en isolant mieux ? Le triple vitrage : nécessité ou coquetterie ?
Pour répondre à cette série de questions et bien d’autres encore, nous avons encodé 162 fichiers .PEB selon des règles bien définies (voir méthode ou hypothèses, ci-dessous).
Les résultats ou « scores » PEB bruts de ces 162 bâtiments sont ensuite passés à la loupe pour y déceler les clés de conception d’un bâtiment Q-ZEN !
Méthode
La méthode mise en œuvre s’articule en 6 étapes clés :
Récupérer des fichiers PEB réels :
De cette manière, les dimensions, les orientations, les ombrages, les géométries… seront ancrées dans le réel. L’utilisation de plusieurs fichiers PEB de base assure une certaine variabilité et représentativité des résultats.
Faire varier le niveau d’isolation des bâtiments selon 3 scenarii :
En faisant cela, nous triplons la quantité de fichiers PEB et nous pouvons juger de l’intérêt d’en améliorer les performances pour atteindre ou dépasser le niveau Q-ZEN.
Faire varier les options techniques et renouvelables du projet selon 6 scénarii :
L’utilisation de 6 scénarii différents pour les techniques et le renouvelable, bien que limité (il existe une infinité de combinaisons en réalité), permet de jauger du niveau de performance nécessaire à l’obtention de l’étiquette « Q-ZEN ». Ceci permettra de comparer, par exemple, un bâtiment mal isolé avec des techniques performantes avec ce même bâtiment bien isolé avec des techniques plus classiques.
Encoder les 162 fichiers .PEB obtenus via les étapes précédentes.
Afficher les résultats bruts triés par scénario d’isolation et options techniques
Analyser les résultats et tirer les stratégies générales pour la conception d’un bâtiment respectant les exigences Q-ZEN.
Échantillon
Les fichiers .PEB de base sont issus des 8 bâtiments de bureau et un édifice de formation. Ces bâtiments sont de dimensions très variables, ils ont des niveaux K et EW répondant aux standards Q-ZEN.
Fonction
Superficie
Niveau K
Niveau EW
Bâtiment 1
Bureau
≈ 750 m²
32
45
Bâtiment 2
Bureau
≈ 7000 m²
29
45
Bâtiment 3
Bureau
≈ 300 m²
18
36
Bâtiment 4
Bureau
≈ 4 900 m²
21
29
Bâtiment 5
Bureau
≈ 100 m²
11
32
Bâtiment 6
Enseignement
≈ 1 500 m²
15
28
Bâtiment 7
Bureau
≈ 14 000 m²
28
22
Bâtiment 8
Bureau
≈ 600 m²
22
19
Bâtiment 9
Bureau
≈ 3 400 m²
18
16
La sélection de l’échantillon a été réalisé de manière à couvrir un maximum de superficies, de niveaux EW et K.
Hypothèses
Hypothèses pour les niveau d’isolation
3 hypothèses sont prises en compte. Les niveaux sont les suivants :
Ceci correspond à :
Niveau d’isolation « faible » :
15 cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Double vitrage performant
Niveau d’isolation « moyen » :
18cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Double vitrage extrêmement performant ou triple vitrage classique
Niveau d’isolation « bon » :
24cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
Triple vitrage à haut rendement
Pour les façades légères :
le niveau d’isolation « faible » = 2W/m².K (respect de l’exigence)
et les niveaux « moyen » et « bon » sont les mêmes que pour les fenêtres.
Hypothèses pour les options techniques et renouvelable
6 scénarii sont évalués :
1. Installation de base (IB)
On conserve pour ce scénario tout ce qui est encodé dans le bâtiment de référence sauf que :
La production de chaleur devient une « simple » chaudière à eau à condensation
Vecteur
Où ?
Maint. T°
Rend 30%
T° retour
Veilleuse
Gaz nat
vol.prot
Non
108%
30
Non
Le refroidissement est réalisé « par une machine frigorifique à compression ».
Vecteur
Vecteur CoP EER
Electricité
2,75
Le renouvelable est supprimé
2. IB + Géocooling
On part de l’installation de base sauf que :
Le refroidissement est réalisé « par utilisation directe du froid (géocooling) ».
Transport
Par air
3. IB + PAC
On part de l’installation de base sauf que :
La production de chaleur est réalisée via une PAC :
Type
Resist Th.
Source Ch
fluide
COPtest
T°dep
Electrique
Non
Air Nf ext
eau
4
40°C
4. IB + PAC + Géocooling
On part de l’installation de base sauf que :
Les options 2 (pour le refroidissement) et 3 (pour la production de chaleur) sont combinées.
5. IB + PV10%Ach
On part de l’installation de base sauf que :
Une surface de [Ach/10] m² de panneaux PV est installée en toiture en respectant les ombrages, orientations et inclinaisons prévues dans les projets originaux. Le cas échéant (rare) :
Orient.
Inclin.
Ombrage
SUD
35°
Non
6. IB + PAC + Géocooling + PV10%Ach
On part de l’installation de base sauf que :
Les options 2 (pour le refroidissement), 3 (pour la production de chaleur) et 5 (pour le renouvelable) sont combinées.
Résultats
Préambule
Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax engendrera le respect de l’exigence K35. Il n’y a que pour les bâtiments présentant une trop forte portion de surface vitrée ou de façade légère que le strict respect des Umax pourrait ne pas entrainer le respect du niveau K35. Ainsi, pour ces bâtiments, il faudra envisager soit de réduire la portion vitrée soit d’améliorer la performance de ces surfaces au-delà des exigences.
Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax ET de l’exigence K35 permet de respecter l’exigence EW 90 en vigueur pour toutes les parties fonctionnelles de l’unité PEN autre que le bureau et l’enseignement… Il n’y a donc que pour ces deux dernières fonctions (devant respecter un niveau EW45) que l’analyse devra être plus fine…
Précisons avant d’afficher les résultats que ces derniers sont issus de fichiers PEB encodés en détail pour ce qui concerne par exemple l’étanchéité, l’éclairage ou encore la ventilation… En effet : lorsque des moyens matériels, financiers et humains sont investis pour améliorer la performance d’un édifice au-delà du niveau Q-ZEN, il n’est raisonnablement plus admissible de céder à certaines facilités d’encodage anéantissant tous les efforts précités. Pour mémoire, l’encodage simplifié ou par défaut peut mener à une surévaluation cumulée pouvant excéder 50 points EW !
Comme autres recommandations générales, nous pouvons également suggérer une étanchéité meilleure que 2m³/(h.m²), l’utilisation d’un système D à récupération de chaleur et d’un éclairage bien étudié et régulé.
Résultats bruts
Probabilité d’être Q-ZEN, par scénario, en fonction du niveau d’isolation.
Les conclusions de cette étude se trouvent à la page Stratégies de conception Q-ZEN. Dans cette page, sur base des enseignements de cette étude, nous répondons aux questions que se posent les concepteurs au moment de concevoir un bâtiment Q-ZEN en proposant des repères et des Stratégies de conception. Les résultats sont également disponibles sous la forme d’un arbre de décision à télécharger.
Dans la famille des concepts de performance énergétique des bâtiments, je demande le bâtiment net zéro-énergie !
Mais qu’est-ce qu’un bâtiment « net » zéro-énergie ?
Les NetZEB pour « Net Zero Energy Building » (bâtiments nets zéro-énergie, ou « à bilan énergétiques neutres ») ne sont en rien des bâtiments autonomes ou zéro émissions. Ils peuvent être définis comme produisant autant d’énergie qu’ils n’en consomment sur une période de temps. Le bâtiment peut consommer ou non sa production et consommer de l’énergie issue du réseau ou de sa propre production (autoconsommation). Le bilan s’établi sur une année, généralement en énergie primaire et la production énergétique doit être renouvelable, cela va de soi !
Ainsi, un tel bâtiment compense sa consommation du mix énergétique sur le réseau en déversant sa surproduction renouvelable sur le réseau lorsqu’il ne peut l’autoconsommer. Généralement, le bâtiment sera consommateur en hiver et producteur en été. L’indication « Net » devant « zéro-énergie » vise à souligner cet équilibre entre consommation et production, calculé en énergie primaire. [Schéma central, ci-dessous]
Pour les bâtiments qui produisent plus d’énergie qu’ils n’en consomment, on parlera de bâtiments à énergie positive [schéma de droite, ci-dessous] tandis que ceux dont la production est proche de leur consommation mais inférieure on utilisera le terme « Quasi zéro énergie ». [Schéma de gauche, ci-dessous]
* Si en 2018 aucune exigence wallonne ne porte sur le net zéro-énergie ou l’énergie positive, la directive Européenne 2010/31/UE impose néanmoins aux États-membres que toutes les nouvelles constructions soient quasi zéro-énergie dès le 1er Janvier 2021. Chaque État-membre est néanmoins libre de définir jusqu’à quelle écart entre production et consommation d’énergie primaire il considère qu’un bâtiment est « quasi » zéro-énergie. Pour la Wallonie, toutes les valeurs réglementaires en fonction du type de bâtiment se trouvent sur notre page dédiée.
On comprend donc bien que ce qui est mesuré au niveau de la balance énergétique ne concerne que les échanges entre le réseau et le bâtiment, ce qui se passe à l’intérieur du bâtiment n’est pas repris dans le bilan. L’éventuelle part d’autoconsommation n’est ainsi pas directement comptabilisée ou valorisée dans cet équilibre. L’égalité se fait par comparaison entre consommation sur le réseau et surproduction remise sur le réseau.
Équilibre entre la consommation sur le réseau en hiver et la surproduction injectée sur le réseau en été.
Ces bâtiments sont toujours dépendants du réseau car ils y puisent une partie de leur consommation. Il ne faudra donc pas les confondre avec les bâtiments strictement zéro-énergie ou les bâtiments autonomes qui eux parviennent à annuler leurs besoins en énergie ou à les combler instantanément et en totalité par des énergies renouvelables produites sur place ou au sein d’un district énergétique local sans connexion au réseau.
Histoire du concept
Les premières mentions de bâtiments zéro-énergie sont la MIT Solar House I en 1933 (BUTTI,K.et PERLIN,J.(1980). A Golden Thread, 2500 Years of Solar Architecture and Technology. Van Nostrand Reinhold Company) et la Bliss House en 1955 (BLISS, R. (1955). Design and performance of the nations’ only fully solarheated house. Air conditioning, Heating and Ventilating, 52:92–97). D’autres exemples historiques sont la Vagn Korsgaard Zero energy Home au Danemark (ESBENSEN,T.et KORSGAARD,V.(1977). Dimensioning of the Solar Heating System in the Zero Energy House in Denmark. Solar Energy, 19:195– 199) et la Saskatchewan Conservation House (BESANT, R., DUMONT, R. et SCHOENAU, G. (1979). The Saskatchewan conservation house: some preliminary performance results. Energy and Buildings, 2:163–174). Les premières se concentraient sur la maximisation de la production et valorisation de l’énergie solaire, les secondes y ajoutaient des mesures de réduction de la demande de chaleur.
Ces deux axes de développement vont se croiser à la fin du XXème siècle, et résulter en une modification importante de la conception et du bilan énergétique des bâtiments. Par exemple, le double puis triple vitrage devient la norme permettant d’augmenter la surface vitrée des logements et bureaux sans augmenter les besoins de chaleur, mais en élevant les besoins de refroidissement. Ceci entraîne des réflexions plus poussées sur les protections solaires, le développement de doubles façades, etc. C’est à ce moment que se produit un glissement dans la manière de concevoir. Alors qu’avant une installation de conditionnement d’air était pensées isolément pour compenser les charges thermiques du bâtiment, quelle qu’elles soient, les concepteurs l’ont progressivement intégrée au concept global du bâtiment pour en faire un ensemble de plus en plus cohérent et complémentaire regroupant: l’enveloppe, les HVACs, les techniques passives, l’éclairage et les appareils électriques.
L’intégration croissante des systèmes et l’apparition au début des années 90’ de l’idée que techniquement le soleil pourrait suffire à répondre aux besoins d’énergie du bâtiment, contribue à renforcer la réflexion sur le zéro-énergie. Le soleil, bien utilisé et combiné à des techniques passives de régulation de l’ambiance pourrait permettre de tendre vers le zéro-énergie. Or, à ce moment, les panneaux solaires photovoltaïques et thermiques se développent, gagnent en efficacité mais surtout deviennent de plus en plus abordables.
La conjoncture d’alors entre :
le développement de technologies de production d’énergie renouvelable abordables,
l’urgence environnementale,
la nécessité de réduire le pic énergétique de la demande,
la mise en place de politiques économiques de soutien au développement des énergies renouvelables
la maturité des systèmes HVAC
l’émergence d’une vision complète et intégré des systèmes.
fut propice au développement de la perspective du Net Zéro-Énergie.
Assez vite est apparue une réflexion sur le caractère autonome (par rapport au réseau) ou non des bâtiments « zéro-énergie ». Vale et al. ont montré que l’idée d’une liaison au réseau permet une meilleure performance sur le cycle de vie du bâtiment que la recherche d’autonomie par le stockage in situ de l’énergie produite, et offre également plus de flexibilité (VALE, B. et VALE, R. (2002). The New Autonomous House : Design and Planning for Sustainability. Thames & Hudson Ltd). L’idée que le bâtiment « zéro-énergie » fasse partie intégrante d’un réseau énergétique s’est dès lors généralisée.
L’idée d’un habitat entièrement autonome est aujourd’hui limitée aux cas où les réseaux d’énergie font défaut. Pour éviter toute confusion le terme bâtiment net zéro-énergie (Net-ZEB) est utilisé de préférence à bâtiment « zéro-énergie » pour désigner un bâtiment dont la balance consommation/production est nulle sur une période déterminée (généralement un an). Il s’agit d’avoir pu produire et réinjecter sur un réseau autant d’énergie que l’on en aura consommé. Cette approche a le mérite de replacer le bâtiment dans un contexte régional (via le réseau d’électricité) ou local (via des réseaux de chaleur urbains). Notons que certains projets se présentent déjà comme plus ambitieux et prétendent à un statut de bâtiment à énergie positive.
Peut-on être NetZEB et gros consommateur d’énergie fossile?
Oui, en théorie, sans aucun doute. D’après la définition littérale d’un bâtiment NetZEB, il « suffit » simplement d’être aussi grand producteur que consommateur pour être NetZEB. Ainsi, un bâtiment mauvais du point de vue de sa performance thermique, pourrait compenser, par exemple, avec une grande surface de panneaux photovoltaïques. Celui-ci pourra alors être considéré comme « Net Zéro-Énergie ».
Si mathématiquement la balance est vérifiée, d’un point de vue qualitatif peut on affirmer que l’énergie consommée en hiver à partir du mix énergétique (majoritairement fossile) équivaut à la même quantité d’énergie produite en été de manière renouvelable ?
En effet, l’énergie consommée en hiver est issue du mix énergétique wallon (et donc majoritairement non-renouvelable à ce jour) et utilisée à un moment où l’énergie est plus rare tandis que celle produite en été par les panneaux PV est injectée sur le réseau à un moment où la consommation est moindre et l’énergie se fait beaucoup moins rare…
Si les cas 1 et 2 sont tous deux Net zéro-énergie (la balance entre la surproduction injectée sur le réseau en été et la consommation sur le réseau en hiver étant à l’équilibre), on remarque que même avec ce « label », un bâtiment peut rester un grand consommateur d’énergie issue du mix énergétique du réseau (cas 2). Les deux balances sont mathématiquement à équilibre mais il reste qu’au bout de l’année une plus grande quantité d’énergies fossiles auront été consommées pour ce bâtiment (cas 2)… La meilleure énergie est et sera toujours celle qu’on ne consomme pas.
Pour avoir un sens environnemental et énergétique, les concepteurs de bâtiments Net zéro énergie ne peuvent se limiter au seul critère de l’équilibre production/consommation mais devraient aussi, dès le début de la conception, veiller à réduire les besoins au minimum rationnel et pertinent avant d’entreprendre les démarches de compensation des besoins résiduels via la production d’énergie renouvelable in situ. En ce sens, les exigences thermiques régionales sur la performance des parois (Umax) et le niveau d’isolation thermique global (niveau K) constituent des garde-fous.
Pour aller plus loin, n’hésitez pas à visiter nos pages sur les stratégies de conception !
Pour augmenter la part d’autoconsommation et réduire l’empreinte environnementale du bâtiment, le concepteur de l’installation peut également penser à déployer des moyens locaux de stockage d’énergie journalier et/ou saisonnier de manière à ne plus considérer le réseau comme un moyen de stockage infini.
Une approche intégrée
Ce nouveau statut du bâtiment alternativement ou simultanément producteur, consommateur, auto-consommateur induit des bouleversements sur la manière dont ceux-ci sont intégrés au réseau électrique et dans la manière de concevoir les bâtiments. En voici une synthèse traduite du livre « Modeling, Design and optimization of Net-Zero Energy Buildings » :
Systèmes, Conception et Utilisation
Bâtiment “classique”
Bâtiment NetZEB
Enveloppe
Passive, pas conçue comme faisant partie du système énergétique global
Optimisé pour la conception passive et l’intégration des systèmes solaires actifs
HVAC
Systèmes surdimensionnés (côté sécurité)
Petits systèmes contrôlés et optimisés, intégrés avec les systèmes solaires, les systèmes combinant chaleur et électricité, stockage journalier et/ou saisonnier, systèmes partagés dans le quartier.
Contrôle prédictif, Optimisation du confort et des performances énergétiques.
Conception et utilisation
Considéré séparément
Intégré et optimisé pour satisfaire le confort.
Notons qu’une clarification est à faire entre les notions zéro-énergie et zéro-carbone. Le « Common Language for sustainable construction » propose les définitions reproduites ci-dessous (ref. : Europeann Concrete Platform Et Architects Council of Europe).
On constate une différence d’approche entre des objectifs exprimés en termes de carbone ou d’énergie primaire, selon que l’on se concentre sur l’impact climatique ou sur une approche plus large de l’enjeu énergétique. L’expression d’objectifs selon l’un ou l’autre terme est importante dans la mesure où les solutions techniques privilégiées sont différentes. Des solutions de chauffage à la biomasse ou à l’électricité nucléaire seront par exemple favorisées dans un bilan carbone, mais plus nuancées dans une approche énergétique.
« Net zero carbon buildings : Buildings that, by virtue of the materials of which they are constructed and by virtue of the fact that they produce surplus energy from renewable sources, ensure that, over their Design Life, they compensate for all carbon emissions associated with the construction and use of the building. »
« Net zero Energy : The goal of Net Zero Energy is to become a community that produces its own energy. Net Zero Energy Buildings […], for instance, rely on efficiency to reduce energy needs and allow the balance to be supplied with renewables. NetZEBs produce as much energy on-site as they use annually. The reason NetZEBs are referred to as ’net zero’ is that they are still connected to the grid. Sometimes they produce more power than they are consuming and feeding power to the grid and running the meter back. Sometimes they consume more power than they are producing and pulling power from the grid. But for a NetZEB, the energy given to the grid is equal to the amount of energy pulled from the grid on an annual basis. It is important to note that net zero refers to energy use, and does not necessarily mean zero carbon emissions from energy use. »
Un concept qui reste vague
Les définitions usuelles du NetZEB restent très vagues et reflètent le manque de consensus international sur la notion de bâtiment net zéro-énergie. La Tâche 40 « Vers des bâtiments nets zéro-énergie » de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) a dès lors compilé les différentes définitions existantes et leurs critiques (AGENCE INTERNATIONALE DE L’ENERGIE (2010). Task 40). Il ressort de cette tâche quatre éléments vis à vis desquels toute définition des NetZEB devrait se positionner.
Premièrement, le niveau de spécification des paramètres de calcul doit être clarifié. L’évaluation doit-elle préciser quelles conditions climatiques intérieures réaliser? Les charges internes doivent-elles être forfaitaires ? Pour quel climat doit se faire l’évaluation ?
Deuxièmement, le type d’indicateur et les règles de pondération entre formes d’énergie doivent être explicités. Si l’énergie primaire est l’indicateur généralement préféré, elle soulève des questions telles que l’évolution dans le temps des coefficients de conversion et la façon de prendre en compte les énergies renouvelables. Les émissions de CO2 sont une alternative possible, tout comme un bilan financier ou exergétique. Ces deux dernières possibilités sont cependant respectivement instables dans le temps et peu compréhensibles par le public.
Troisièmement, le caractère « net » de la définition doit être précisé : quels éléments sont pris en compte et sur quelle période de temps ? L’échelle de temps privilégiée est souvent l’année, ou un multiple d’années. Des divisions temporelles plus fines sont peu populaires car plus contraignantes, mais une tendance existe pour réaliser des évaluations sur le cycle de vie complet du bâtiment. La question du type d’énergie considéré est également importante. A côté de l’énergie nécessaire au maintien du climat intérieur, il n’y a pas de consensus sur la prise en compte des énergies liées à l’occupant ou aux matériaux. Ces deux aspects souffrent d’un manque de précision des méthodes d’évaluation et d’une divergence de point de vue selon l’utilité que l’on donne à la définition des NetZEB. D’un point de vue gestion des réseaux énergétiques, l’énergie grise n’a pas d’impact, mais l’occupation bien. Du point de vue du constructeur, l’inverse est plus vrai. L’importance relative de ces deux aspects est croissante au vu de la diminution des consommations d’énergie liées au maintien des ambiances intérieures. Il existe également un débat relatif aux énergies renouvelables, entre la limitation aux énergies produites sur site et l’intégration de crédits carbones.
Quatrièmement, les conséquences en termes de réseau énergétique sont à considérer. Les approches NetZEB considèrent souvent le réseau comme une forme de stockage infini, ce qui n’est pas la réalité. Des évaluations plus fines sont nécessaires, notamment au niveau de l’utilisation effective de l’énergie délivrée au réseau et des écarts entre les puissances maximales demandées et délivrées, ce qui devrait générer des indicateurs spécifiques à intégrer dans la démarche NetZEB. Ceci doit se faire à la lumière des évolutions que connaîtront les réseaux énergétiques à l’avenir, avec la part croissante d’énergie renouvelable qu’ils devront intégrer.
Cinquièmement, les procédures de monitoring et d’accompagnement doivent être précisées et devraient faire partie intégrante de la définition des NetZEB, pour garantir que les performances visées en conception sont bien rencontrées en pratique.
Un concept pragmatique ?
Aux critiques et limitations présentées ci-dessus, nous pensons utile d’ajouter que la définition des bâtiments zéro-énergie doit avant tout être un outil pratique destiné à guider le concepteur dans ses choix. Il en découle que cette notion doit répondre à trois caractéristiques : (1) la rigueur scientifique indispensable, (2) l’expression d’un niveau d’ambition proportionnel à l’enjeu et (3) le pragmatisme, compris comme sa cohérence avec la pratique de terrain. Le concept NetZEB n’offre pas forcément une réponse optimale à cette triple exigence. Et ce pour deux raisons.
Premièrement, les critiques relevées plus haut ont mis en évidence qu’une limitation aux besoins de chauffage et de refroidissement n’était pas adéquate. Il y a aujourd’hui consensus pour considérer que la notion des NetZEB devrait intégrer les consommations d’énergie liées au maintien des ambiances thermiques, à l’éclairage et aux auxiliaires HVAC, comme le fait la réglementation Q-ZEN. L’intégration de l’énergie grise liée aux matériaux et composants mis en œuvre est souvent mentionnée comme un élément à intégrer. Pour mieux refléter la réalité, l’évaluation devrait également intégrer d’autres consommations telles que l’énergie consommée par le chantier et le processus de conception en tant que tel, ou encore l’impact du projet sur l’énergie dépensée en transports et infrastructures ou son influence éventuelle sur les comportements énergétiques des habitants.
Sans trancher sur la liste des paramètres à intégrer, force est de constater que nous sommes face à une tendance qui pousse à agréger en une seule évaluation une série d’impacts énergétiques différents. D’une part, l’agrégation des différentes consommations rend la valeur finale difficilement compréhensible. Il devient difficile de se représenter concrètement ce qu’elle représente et quel est le poids de chaque mesure de performance énergétique dans le résultat final. D’autre part,il est difficile d’obtenir une valeur réaliste avant d’atteindre un stade d’avancement poussé du projet, vu que des choix préliminaires doivent avoir été faits pour chaque élément intervenant dans le calcul. Or, ce sont souvent les premières étapes qui déterminent la performance énergétique, ainsi que la combinaison de la performance énergétique avec la performance économique. La tendance à l’exhaustivité du calcul énergétique pourrait donc à terme rendre l’évaluation netzéro-énergie inopérante comme guide de conception.
Deuxièmement, la recherche d’un niveau « zéro-énergie » reflète une approche sectorielle de l’impact énergétique des bâtiments. Cette ambition peut être acceptée en tant que projection à l’échelle du secteur d’un équilibre énergétique global de nos sociétés, mais rien n’indique que l’équilibre annuel entre production et consommation soit pertinent à l’échelle d’un projet d’architecture. Au contraire, le niveau net zéro-énergie génère une iniquité flagrante au niveau des projets individuels, notamment entre les sites bénéficiant d’un fort potentiel d’énergies renouvelables et les autres, ou entre les projets permettant une réduction drastique des besoins et ceux qui ne le peuvent du fait de contraintes propres et justifiées (pensons aux questions de patrimoine remarquable, de capacité d’investissement, etc.). Un niveau d’ambition unique ne peut pas être considéré a priori comme applicable partout. Certaines situations de projet nécessiteront de revoir les ambitions à la baisse face aux contraintes techniques, économiques ou patrimoniales, tandis que d’autres permettrons d’aller plus loin que l’équilibre énergétique.
Tous Nets zéro-énergie ?
Bien qu’incontournable aujourd’hui, la notion de bâtiment net zéro-énergie apparait assez éloignée de l’architecture, tant dans ses fondements que dans son ambition. Les critiques qui lui sont faites par la communauté scientifique portent principalement sur la rigueur physique de sa définition, tandis que nous lui voyons un manque de pragmatisme de par sa volonté (louable en soi) d’exhaustivité.
Face à ses limites, il pourrait être intéressant de rouvrir la question du caractère autonome du bâtiment. D’une part il force à contextualiser l’approche, d’autre part il implique des formes de conservation de l’énergie dans le bâtiment et donc la nécessité d’analyses de comportements dynamiques sur base saisonnière et journalière. L’objectif d’autonomie totale pose également différemment la question des formes d’énergie valorisables et nécessite de repenser la notion de confort thermique.
Cette piste n’est à ce jour pas un objectif rationnel à l’échelle collective, notamment d’un point de vue économique. Dès lors, visons le NetZEB, mais de façon critique.
En Wallonie, un cap important a été franchi le 19 juillet 2018 avec l’approbation du Plan Wallon Énergie Climat (lié au PNEC 2030 : Plan National Énergie Climat). Ce plan prévoit de définir ce que sera le zéro énergie wallon. Cette définition devrait être d’application à partir de 2025. Dans la suite logique du QZEN (Quasi Zéro ENergies), ces bâtiments porteront l’acronyme ZEN (Zéro ENergies).
1. Définition d’un bâtiment « quasi » zéro énergies d’après la directive Européenne
Un bâtiment « Quasi » zéro-énergie est « un bâtiment qui a des performances énergétiques très élevées […]. La quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise [pour le chauffage, le refroidissement, l’éclairage, l’eau chaude sanitaire et la ventilation] devrait être couverte dans une très large mesure par de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à proximité ». [Directive 2010/31/CE] Ces bâtiments peuvent également se retrouver au sens large sous les acronymes NZEB/NearlyZEB(nearly Zero Energy Building) ou Q-ZEN(Quasi Zéro Énergie) pour son application en réglementation régionale wallonne.
Chaque État-membre est tenu de fixer la définition des bâtiments dont la consommation d’énergie est quasi nulle, qui tient compte des conditions nationales, régionales ou locales.
Les Bâtiments Quasi zéro énergie sont à différencier des immeubles autonomes et des constructions Net Zéro Énergie : NetZEB (Net Zero Energy Buildings) ou Q-ZEN en Wallonie (Quasi Zéro ENergies). Contrairement à ces deux approches, dans le Quasi zéro-énergie, les besoins d’énergie primaire sur le réseau ne sont ni nuls (Bâtiment autonome), ni nécessairement totalement contrebalancés par une forte production d’énergie renouvelable sur place ou à proximité (Net Zéro Énergie). Ici, les besoins en énergie primaire nécessaires au fonctionnement normal du bâtiment sont fortement réduits et, parfois, partiellement contrebalancés par de l’énergie produite à partir de sources renouvelable pour répondre aux exigences variables selon les états-membres et les régions.
3. Le Q-ZEN en Wallonie, dans la continuité
Si les premiers tâtonnements en termes de règlementations thermiques wallonnes datent de 1985 [Arrêté du 29 février 1984], ce n’est que depuis le début du millénaire que le monde politique prend pleinement conscience de l’importance d’une lutte active pour l’économie d’énergie et contre le changement climatique. C’est ainsi qu’en 2002, l’Europe ratifie le protocole de Kyoto [cop23.unfccc.int] scellant ainsi son engagement à réduire ses émissions de certains gaz à effet de serre.
Dans la foulée, une première directive européenne voit le jour (Directive 2002/91/CE). Elle sera ensuite transposée en décret (2007) et arrêtés (2008, 2009 et 2012) qui furent les premières exigences thermiques issues de directives européennes que nous ayons connus.
Plus récemment, en 2010, la directive a été révisée (directive 2010/31/UE) et trois ans plus tard cette version de la directive a été transposée en droit interne sous la forme d’un décret mis en application l’année suivant via l’arrêté d’application de 2014 modifié en dernier lieu par l’arrêté de 2017.
Pour honorer leurs engagements et respecter les directives européennes, les états membres ont renforcé les exigences en matière de performance énergétique d’années en années. Dans le secteur tertiaire, le niveau K est ainsi soumis à des exigences croissantes depuis 1985 tandis que le niveau Ew l’est depuis 2010 et a fait l’objet d’un renforcement croissant.
Les Umax (coefficient de transmission thermique maximum des parois) sont pour leur part apparus en 1996.
Dernièrement, en vue de la transposition dans le droit interne de l’article 9 de la Directive européenne de 2010 relative à la performance énergétique des bâtiments, les états membres ont eu pour obligation de faire en sorte qu’au 1ier janvier 2021 tous les nouveaux bâtiments (y compris les bâtiments résidentiels) soient quasi Zéro Énergie. Pour les nouveaux bâtiments occupés et possédés par les pouvoirs publics, cette obligation est déjà valable à partir du 1er janvier 2019 !
Le Q-ZEN, se positionne donc dans la continuité des exigences précédentes. L’exigence est à la fois progressiste, réaliste et rationnelle. Les Umax sont conservés, le niveau K et les exigences pour la ventilation également. Le renforcement notable concerne le renforcement des exigences en matière de consommation d’énergie primaire EW (-30%) pour les parties fonctionnelles de bureau et d’enseignement ainsi que pour les bâtiments résidentiels.
Une réduction de – 27% sur le niveau Espec qui ne concerne lui que les bâtiments résidentiels est également à noter.
Vous l’aurez compris : pas de panique ! Le bâtiment Q-ZEN n’est pas nécessairement high-tech ou hors de prix, avec une stratégie passive adaptée et des technologies simples, les exigences pourront déjà être rencontrées.
Nouveau ! Depuis le 1er janvier 2018, les labels EcoDesign sont valorisés pour le chauffage. – voir textes réglementaires.
À partir du 1er janvier 2021 (2019 pour les bâtiments publics), les exigences PEB seront renforcées. Les exigences concernant les rénovations ne changent pas.
Faisant suite aux engagements de l’Europe face au Protocole de Kyoto, le Parlement et le Conseil de l’Union Européenne ont adopté, en 2002, la Directive européenne (2002/91/CE) sur la performance énergétique et le climat intérieur des bâtiments. La directive européenne dans laquelle la réglementation PEB wallonne s’inscrit actuellement est ce qu’on appelle communément la directive PEB recast (refonte) : Directive 2010/31/UE du parlement européen et du conseil du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments.
Cette directive évalue la Performance Energétique des Bâtiments comme :
« La quantité d’énergie calculée ou mesurée nécessaire pour répondre aux besoins énergétiques liés à une utilisation normale du bâtiment, ce qui inclut entre autres l’énergie utilisée pour le chauffage, le système de refroidissement, la ventilation, la production d’eau chaude et l’éclairage. »
Elle impose qu’au lendemain du 31 décembre 2020 tous les nouveaux bâtiments soient à consommation d’énergie quasi nulle : nZEB (Nearly Zero Energy Building) = Q-ZEN (Quasi – Zéro ENergie).
Un bâtiment à consommation d’énergie quasi nulle est :
« Un bâtiment qui a des performances énergétiques très élevées. La quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise devrait être couverte dans une très large mesure par de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à proximité »
L’énergie produite à partir de sources renouvelables désigne ici :
« Une énergie produite à partir de sources non fossiles renouvelables, à savoir l’énergie éolienne, solaire, aérothermique, géothermique, hydrothermique, marine ou hydroélectrique, biomasse, gaz de décharge, gaz des stations d’épuration d’eaux usées et biogaz »
La directive impose à chacun des États-Membres de définir en droit national ou régional :
une méthode de calcul de la Performance Energétique des Bâtiments ;
des exigences minimales relatives à la performance énergétique des bâtiments neufs et des bâtiments existants faisant l’objet de travaux de rénovation importants;
des systèmes de certification de la P.E.B.;
des exigences concernant l’inspection régulière des chaudières et des systèmes de climatisation.
Conformément à la Directive, un certificat attestant la performance énergétique doit ainsi être délivré à chaque moment-clé de la vie des bâtiments résidentiels ou non résidentiels :
lors de leur construction ;
lors de leur vente ;
lors de leur location.
Le certificat a une durée de validité de 10 ans.
Tous les bâtiments de plus de 250 m² occupés par les pouvoirs publics et fréquemment visités par le public doivent être certifiés et le certificat de performance énergétique doit être affiché à un emplacement et d’une manière clairement visible pour le public.
En Belgique, ce sont les autorités régionales qui sont compétentes en matière d’énergie. Ainsi, chacune des régions a dû implémenter la dernière version de la directive. En Région Wallonne, un nouveau décret PEB (recast) fixait, en 2013, le cadre global de l’application de la directive sur la Performance Energétique des bâtiments.
Un arrêté du Gouvernement wallon (AGW) met en application concrète le décret. Depuis 2014, il a été modifié et complété par quatre nouveaux AGW :
AGW Méthode 2016 : Arrêté du Gouvernement wallon du 19 novembre 2015, qui vise uniquement à remplacer l’annexe A1 Méthode PER 2016).
AGW NZEB : Arrêté du Gouvernement wallon du 28 janvier 2016, qui vise principalement à définir les exigences d’un bâtiment quasi zéro énergie (Q-ZEN), à insérer les annexes A3 (Méthode PEN) et C4 (exigences systèmes), ainsi qu’à remplacer l’annexe C1 (exigences U/R des parois.
AGW Méthode 2017 : Arrêté du Gouvernement wallon du 15 décembre 2016, qui vise principalement à remplacer l’annexe A1 (Méthode PER 2017), l’annexe A3 (Méthode PEN 2017) et annexe B1 (DRT 2017).
AGW Méthode 2018 : Arrêté du Gouvernement wallon du 14 décembre 2017, qui vise principalement à remplacer l’annexe A1 (Méthode PER 2018), l’annexe A3 (Méthode PEN 2018) .
La méthode PEB pour déterminer le niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles neuves est appelée méthode PEN.
Cette méthode est d’application pour toutes les destinations autres que le logement individuel. Les unités industrielles ne sont cependant pas concernées par la méthode PEN.
La réglementation prévoit une subdivision supplémentaire des secteurs énergétiques en parties fonctionnelles. Elles sont caractérisées par des fonctions qui ont des paramètres différents :
les horaires d’occupation ;
les températures intérieures de consigne ;
les gains internes dus aux personnes et aux appareils ;
les besoins nets annuels pour l’eau chaude sanitaire ;
la quantité d’humidité à produire ;
le temps de fonctionnement de la ventilation ;
le nombre d’heures d’utilisation par mois (en périodes diurne et nocturne) pour l’éclairage ;
le niveau de confort lumineux.
Les équations utilisées dans la méthode PEN contiennent pour chaque partie fonctionnelle des valeurs dépendant de la fonction.
Exigences
Umax : coefficient de transmission thermique maximal pour chaque paroi de déperdition [W/m²°K]. Plus la paroi est isolée, plus la valeur U est faible. Les valeurs maximales à satisfaire sont renseignées dans l’Annexe C1 de la PEB.
Niveau K : niveau global d’isolation. Ce niveau K définit l’isolation thermique globale d’un bâtiment. Plus il est petit, meilleur est l’isolation. Le niveau K est déterminé par les caractéristiques d’isolation thermique des éléments de construction et la compacité du bâtiment. (Annexe 3).
Niveau E : niveau de consommation en énergie primaire du bâtiment (Annexes 1 et 2).
Ventilation : débits minimaux et dispositifs à prévoir (Annexes C2 et C3).
Surchauffe : Pour le résidentiel un critère sur le risque de surchauffe est aussi à respecter. Une probabilité d’avoir un refroidissement actif doit être calculé sur base d’un indicateur de surchauffe.
Les exigences sont renforcées au 1er janvier 2019 pour les bâtiments publics et au 1er janvier 2021 pour tous les autres bâtiments (résidentiels et non résidentiels).
Evolution des exigences sur le niveau Ew et K en Wallonie de 1985 à nos jours.
Évolution des exigences sur la valeur U maximale des différentes parois en Région wallonne de 2008 à 2022.
Les bâtiments soumis à permis d’urbanisme en Région Wallonne doivent, au Ier janvier 2021, répondre aux exigences suivantes :
Procédure
SANS
responsable PEB
Déclaration
PEB
simplifiée
Rénovation simple y compris
changement d’affectation
chauffé > chauffé
< Umax
des éléments modifiés et neufs
(2)
Changement d’affectation
non chauffé > chauffé
< K65 + nœuds
constructifs
Annexe
C2 ou C3
(1) La performance de l’unité PEN est calculée au prorata des exigences (90 ou 45) propre à chacune des parties fonctionnelles.
(2) Amenées et extraction d’air dans les nouveaux locaux et amenées d’air dans les locaux existants si porte et/ou fenêtre remplacée.
Tableau des exigences des valeurs Umax
Élément de construction
Umax [W/m²K]
Parois délimitant le volume protégé
Toitures et plafonds
0.24
Murs (1)
0.24
Planchers (1)
0.24
Portes et portes de garage
2.00
Fenêtres:
– Ensemble de châssis et vitrage
– Vitrage uniquement
1.50
1.10
Murs-rideaux :
– Ensemble de châssis et vitrage
– Vitrage uniquement
2.00
1.10
Parois transparentes / translucides autres que le verre :
– Ensemble de châssis et partie transparente
– Partie transparente uniquement
(ex : coupole de toit en polycarbonate, …)
2.00
1.40
Brique de verre
2.00
Parois entre 2 volumes protégés situés sur des parcelles adjacentes (2)
1.00
Parois opaques à l’intérieur du volume protégé ou adjacentes à un volume protégé sur la même parcelle (3)
1.00
(1) Pour les parois en contact avec le sol, la valeur U tient compte de la résistance thermique du sol et doit être calculée conformément et doit être calculé conformément aux spécifications fournies à l’annexe B1 de l’Arrêté.
(2) A l’exception des portes et fenêtres.
(3) Parois opaques (à l’exception des portes et portes de garage) :
entre unités d’habitation distinctes ;
entre unités d’habitation et espaces communs (cage d’escaliers, hall d’entrée, couloirs, …) ;
entre unités d’habitation et espaces à affectation non résidentielle ;
entre espaces à affectation industrielle et espaces à affectation non industrielle.
Méthode de calcul EW des unités PEN
où :
EW : l’exigence de niveau EW pour l’unité PEN, (-) ;
Ach,fct f : la surface de plancher chauffé ou climatisé de chaque fonction f, calculée conformément à l’annexe A3 de l’arrêté, en m² ;
Ech,fct f : l’exigence EW pour chaque fonction f, telle que déterminée dans le tableau, (-) ;
Ach : la surface de plancher chauffé ou climatisé de l’unité PEN calculée conformément à l’annexe A3 de l’arrêté, en m².
Il faut faire la somme de toutes les fonctions de l’unité PEN.
Fonctions dans l’unité PEN
EW, fct f
Hébergement
90
Bureau
45
Enseignement
45
Soins de santé
Avec occupation nocturne
90
Sans occupation nocturne
90
Salle d’opération
90
Rassemblement
Occupation importante
90
Faible occupation
90
Cafétéria / réfectoire
90
Cuisine
90
Commerce / service
90
Installations sportives
Hall de sport / Salle de gymnastique
90
Fitness / Danse
90
Sauna / Piscine
90
Locaux techniques
90
Communs
90
Autre
90
Inconnue
90
Exigences des systèmes
Depuis le 1er mai 2016, des exigences s’appliquent aux systèmes (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, ventilation).
Travaux soumis à permis ou non
Performance
Calorifugeage
Comptage énergétique
Bâtiments existants
Installation
Modernisation
Remplacement
Exigence systèmes – Annexe C4
– Chaudières gaz
– Chaudières mazout
– Pompes à chaleur
– Chauffage électrique direct
– ECS électrique
– Machines à eau glacée
– Récupérateur de chaleur
– Conduites d’eau chaude
– Conduites d’eau glacée
– Conduits d’air
– Comptage par installation
– Comptage entre bâtiments
– Comptage entre unités PEB
Bâtiments à reconstruire et assimilés(2)
Installation
–
–
Uniquement(1):
– Comptage entre bâtiments
– Comptage entre unités PEB
(1) Il s’agit des points 1.6.2.3, 1.6.2.4, 2.3.2.2 et 2.3.2.3 de l’ annexe C4 (PDF-1013 ko).
(2) Assimilation aux bâtiments à construire :
Reconstruction ou extension : lorsqu’on crée un volume protégé supérieur à 800 m³ ou lorsqu’on double le volume protégé existant.
Autres cas : installations ET 75 % de l’enveloppe remplacés.
En pratique
La procédure administrative relative aux exigences P.E.B. pour bâtiment neuf est essentiellement liée à la procédure de permis d’urbanisme. Elle est divisée en deux étapes :
la déclaration P.E.B initiale avec étude de faisabilité
la déclaration P.E.B. finale avec établissement du certificat PEB.
Moment
Etapes de la procédure
Définition
Dépôt de la demande de permis1.
DÉCLARATION PEB INITIALE
Document qui reprend une description succincte des principaux dispositifs et une estimation de la performance énergétique du bâtiment.
Au plus tard dans les 12 mois de l’occupation du bâtiment ou de l’achèvement du chantier et, en tout cas au terme du délai de validité du permis.
DÉCLARATION PEB FINALE
Document qui reprend le résultat final et réel de la performance énergétique du bâtiment et décrit les mesures réellement mises en œuvre pour atteindre cette performance.
1 Une étude de faisabilité technique, environnementale et économique de systèmes alternatifs doit être réalisée avant l’introduction de la demande de permis d’urbanisme.
Quatre acteurs (définis dans le code wallon) interviennent dans la procédure P.E.B. :
Déclarant P.E.B. : il est la personne physique ou morale tenue de respecter les exigences P.E.B. Il est en général le maître d’ouvrage ou l’acquéreur.
Responsable P.E.B. : il est la personne, physique ou morale, désignée par le déclarant (soit, par défaut, l’architecte, soit une personne agréée par le Gouvernement Wallon). Il est le responsable de la conception et des mesures mises en œuvre pour atteindre les exigences P.E.B. jusqu’à l’exécution des travaux. Il est aussi responsable de la rédaction de ces engagements.
Auteur de l’étude de faisabilité (agréé par le GW et désigné par le déclarant). Ce peut être le responsable PEB lorsque le bâtiment compte moins de 1000 m² de surface utile.
Le certificateur P.E.B. (agréé par le GW et désigné par le déclarant) pour bâtiments existants.
Des dispositifs de contrôle et des sanctions ont été prévus (Annexe E):
Les contrôles sont effectués par la commune (contrôle succinct lors de l’introduction de la demande de permis) ou la Division de l’Énergie (DGO4) par coups de sonde sur chantier.
En cas de non respects des exigences, des amendes administratives (vers le demandeur, déclarant et/ou responsable PEB) sont de mises. On évaluera aussi la possibilité de réaliser des travaux de mise en conformité.
Documents de référence
La réglementation actuelle comprend 9 annexes déterminant les exigences et les différentes méthodes de calcul :
ANNEXE 1 – Méthode PER : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités résidentielles.
ANNEXE 2 – Méthode PEN : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles.
ANNEXE 3 – DRT : Document de référence pour les pertes par transmission. Règles pour le calcul des pertes par transmission dans le cadre de la réglementation PEB. Calcul du coefficient de transmission thermique des parois des bâtiments (valeur U) et du coefficient de transfert thermique par transmission dans les bâtiments (valeur H).
ANNEXE B2 – NC : Traitement des nœuds constructifs.
ANNEXE C1 – UR : Valeurs U maximales admissibles ou valeurs R minimales à réaliser.
ANNEXE C2 – VHR : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments résidentiels.
ANNEXE C3 – VHN : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments non résidentiels.
ANNEXE D – CRE : Méthode de détermination de la consommation spécifique des bâtiments résidentiels dans le cadre de la certification PEB.
ANNEXE E – SCT : Détermination des amendes administratives.
