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IIIA – " Savoir-faire en matière de bâtiments
à faible impact environnemental "
Ecole d’ingénieurs de Genève
laboratoire de physique architecturale et environnementale 13.05.2005
Introduction
La préservation
des ressources épuisables, leur mise à disposition équitable
à l’échelle de la planète ainsi que la limitation
d’émissions polluantes en regard du climat, le maintien de
la biodiversité constituent des enjeux majeurs en matière
de développement "soutenable".
Le secteur du bâtiment représente un élément
important de cette problématique, représentant à
lui seul presque la moitié de la consommation finale d’énergie
de nos pays.
Des propositions de
constructions à faible impact environnemental émergent depuis
quelques années, tout d’abord en Allemagne, pour se répandre
en Europe. Apparaissent progressivement des bâtiments bien isolés
avec de faibles besoins énergétiques, faisant en grande
partie appel aux énergies renouvelables.
Dans le cadre d’un
échange interrégional entre la Suisse et la France, ce projet
Interreg a engagé un partenariat afin d’échanger et
d’acquérir des connaissances et des savoir-faire. La démarche
Haute Qualité Environnementale "HQE" française
sera mise en rapport avec l’approche helvétique "Minergie"
visant des performances, sur le projet concret de réalisation du
nouveau siège de l’agence Energie Environnement 74 sur la
Commune de Meythet, près d’Annecy.
Objectifs
Le projet poursuit
trois objectifs principaux, à savoir :
- partager les savoirs
et savoir-faire français et helvétiques afin d’aboutir
à une construction exemplaire.
- démontrer
la faisabilité et la reproductibilité des solutions retenues.
- valoriser et transmettre
les acquis aux décideurs, aux professionnels de la construction
et au grand public, afin de faire évoluer les pratiques et les
comportements.
Synthèse des simulations
- Les mesures à
prendre doivent être conséquentes.
- Les mesures simples
d’amélioration que nous avons simulées n’ont
pas d’effet satisfaisant.
- Le bâtiment
est peu sensible aux apports solaires, le coefficient g des vitrages
est faible (0,2 pour la verrière et 0,6 pour les fenêtres).
- La serre liée
au bâtiment n’a pas d’intérêt thermique
pour celui-ci. Les deux volumes sont dissociés thermiquement,
ils fonctionnent différemment.
- Les gains internes
du bâtiment jouent un rôle important sur les températures
intérieures, ils sont directement liés à celles-ci.
- L’importante
isolation thermique des éléments d’enveloppe "coupe"
en quelque sorte le bâtiment des conditions extérieures.
La gestion des échanges entre l’intérieur et l’extérieur
s’avère très importante.
- La température
intérieure du bâtiment s’élève rapidement,
l’extraction de celle-ci doit donc s’avérer très
efficace.
- La période
estivale est très sensible, il s’agit de gérer les
problèmes de surchauffe.
- L’apport
de masse réduit efficacement les amplitudes de température
intérieures.
L’ensemble du
travail nous a montré que ce bâtiment soulève différents
points délicats qui demandent une attention particulière
et qu’il serait pertinent de remettre certains choix en question.
Nous constatons une importante surchauffe durant la période estivale.
Le bâtiment devra être géré efficacement, en
fonction des saisons. Il est selon nous nécessaire de créer
différents types ou modes de fonctionnement qui s’adaptent
aux besoins de la journée, de la nuit, qu’il s’agisse
de chauffage, de ventilation ou de rafraîchissement.
Apports internes
:
Nous avons constaté à travers les résultats des simulations
de la variante 14 que la source de chaleur primaire se trouve être
les des gains internes. L’occupation du bâtiment, le comportement
de ses utilisateurs, la gestion des différents appareils électriques
ainsi que l’éclairage apportent la majorité des besoins
en chaleur. Il est important de s’assurer du futur mode d’exploitation
du bâtiment, en tenant compte des possibles changement du matériel
électrique (informatique, photocopieuses, sources lumineuses, etc.),
du nombre d’utilisateurs ainsi que des différents paramètres
qui modifieraient les apports internes.
Enveloppe
et apports solaires :
Les apports solaires sont réduits au maximum par l’importance
des embrasures des fenêtres, le faible coefficient g des vitrages
et la casquette de toiture. Nous avons observé sur le modèle
de simulation que l’obturation presque totale des vitrages modifie
peu les températures intérieures. Malgré le faible
impact de la protection solaire, elle reste indispensable pour le confort
des utilisateurs travaillant à proximité des ouvertures,
bien que le g des verres soit très faible. Ce dispositif de protection
contre les rayonnements directs peut être réduit à
son minimum, comme par exemple une simple toile, tout en évaluant
sa durabilité et sa facilité d’entretien à
long terme.
L’apport
de masse :
Cette solution diminue considérablement l’amplitude des températures
intérieures. L’apport de masse permet de stocker l’énergie,
ceci afin de la restituer sur une période plus étendue.
Ce dispositif permet de faire face à d’importantes variations
de température, mais également une régulation plus
précise du volume.
La production
de chaleur :
Nous avons calculé qu’il est nécessaire d’installer
une production de chaleur d’une puissance d’environ 7 [kW].
Rôle
de la serre :
Contrairement aux premières hypothèses, nous avons constaté
que la serre n’apporte pas d’éléments pertinents
ni bénéfiques au bâtiment. Celle-ci est contestable
à partir du moment où nous avons observé que le bâtiment
et la serre sont deux volumes thermiquement différents qui ne s’influencent
pas, contrairement aux principes fonctionnels des serres traditionnelles.
La seconde variante de simulation nous l’a démontré.
Malgré les différents propositions qui visaient à
stocker l’énergie dans de la masse (dans la serre ou encore
dans le mur séparent les deux volumes), nous constatons que quelque
soit la période de l’année, hivernale ou estivale,
le supplément d’énergie nécessaire au maintien
en température du bâtiment est resté quasiment identique.
De plus les possibilités de rafraîchissement par ventilation
naturelle sont réduites à trois façades et une toiture.
La ventilation
:
La simulation nous a rendu attentifs au phénomène de surchauffe
qui apparaît relativement tôt dans la saison estivale. Celui-ci
peut être qualifiée d’insupportable. La stratégie
de ventilation représente de toute évidence le point essentiel
du projet dans l’état actuel des solutions retenues. Il est
nécessaire de mettre en place un ensemble de systèmes régulés
automatiquement qui se basent sur une interprétation simultanée
des conditions climatiques intérieures et extérieures. La
stratégie de ventilation est importante pour l’hiver comme
pour l’été. Elle permet un rafraîchissement
de l’air (évacuation du surplus d’énergie),
mais également une réduction des pertes d’énergie
durant l’hiver. Pour répondre aux critères et aux
objectifs recherchés, le système de ventilation présente
certaines difficultés. Etant donné l’importance des
débits représentés par la simulation pour le rafraîchissement
du bâtiment, il est évident que cela ne peut pas se faire
uniquement grâce à un dispositif dit de double-flux. Il s’agit
de séparer les fonctions et de mettre en place deux systèmes
différents. Un réseau de ventilation utilisant le double-flux
est nécessaire en hiver afin de réduire les pertes d’énergie
par la ventilation, et tout au long de l’année pour assurer
le renouvellement de l’air à l’intérieur des
locaux (échangeur coupé). Il est indispensable d’y
adjoindre un dispositif secondaire, permettant d’évacuer
d’importants volumes d’air. Ce deuxième dispositif
présente de fortes nuisances, courants d’air, bruit, emprise
et dimensions. C’est en partie pour ces raisons qu’il doit
fonctionner uniquement durant la nuit, mais également pour répondre
à un renouvellement d’air plus frais que celui des journées
estivales. Il faut par contre être attentif aux consommations électriques
qu’engendre ce dispositif, et bien entendu en tenir compte.
Recommandations
de l’EIG :
- Supprimer la serre
du projet. Ce dispositif est coûteux écologiquement et
matériellement. Il n’a pas d’intérêt
particulier pour le confort intérieur du bâtiment.
- Etablir un bilan
plus précis des apports internes.
- Installer un dispositif
de production de chaleur par étage et avec une puissance maximale
d’au moins 3 [kW] chacun.
- Mettre en place
un système de double-flux.
- Mettre en place
un système d’extraction d’air possédant une
capacité maximum de 8 [volumes/heure], soit 11’944 [m3/heure]
(1 volume = 1'493 [m3] ).
- Ajouter de la
masse dans les éléments de plancher.
- Installer un système
unique de régulation automatique qui commande l’ensemble
des dispositifs de gestion du climat.
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