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27/09/2011| DER/CPM | PAGE 1
EnveloppesConfortables & InnovantesHumidité/Thermique/Optique
Economie d’Energie / Santé
D. Quenard – C. Pompéo - H. Sallée – F. Olive – M. Cosnier – G. GarnierA.M. Pardo – F.D. Menneteau – M. Marion – L. GounonM.L. Eliard
CSTB – lundi 3 octobre 2011
DER/CPM
L’enveloppe du bâtiment est une interface qui protège contre les intrusions, les intempéries, le chaud, le froid, l'éblouissement.
L'enveloppe "surface" devient, à l'extérieur, un "collecteur de ressources" comme l’air, l’eau, l'énergie ou la lumière.
A l'intérieur, elle est un "diffuseur de bien être » qui assure confort à ses occupants : température idéale en toutes saisons, air sain, lumière diffuse et agréable, silence...
Enveloppe … une définition
Confort & Parois
DPE- ADEME
Non-isolée Isolée
Enveloppe et objectifs du Grenelle
Source : Ceren.
Réduction de moitié du chauffage
ES
Réduire la consommation énergétique et les émissions de CO2
L’isolation thermique … la solution la plus efficace
Source : http://www.epa.gov/oar/caaac/coaltech/2007_05_mckinsey.pdf
Chauffage / CombustionEmissions Polluants / Santé
Source : Impact sanitaire de la pollution atmosphérique urbaine Estimation de l’impact lié à l’exposition chronique aux particules fines sur l’espérance de vie – AFSSE – 2005Source : ZAPA – Ministère - AirParif
Ile-de-France / Airparif ations 2000Contribution en % des différents secteursd’activités aux émissions de polluants
« La pollution de l’air diminue l’espérance de vie de 9 mois pour chaque Français et l’exposition aux particules fines causerait 40 000 décès chaque année. C’est un enjeu de santé public »Nathalie KOSCIUSKO-MORIZET - décembre 2010
Particules (PM10) : B+T 60 %NOx : B+T 60 %
Source : DHV-PEP Chiel Boonstra
simple
Apports solaires
Pertes
Bila
n én
ergé
tique
ann
uel
U W/m².K
Tp SurfaceFS
Pertes Nettes
Apports Solaires : lumière - chaleur
VITRAGE
210 million bâtiments en EuropeEnviron 53 milliard de m² (résidentiel / tertiaire)
Source : E2APT-RICS-ACE
Le défi de la rénovation
60%
40 %
Construction neuve : environ 1 %
Rési
denti
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re
Isolation – Inertie Assistée
Valider l’intégrabilité des innovations
FUI SirteriBoite dans la BoiteIsolation + Fenêtre+ Protections Solaires + Inertie+ Ventilation Nocturne
Façade RideauOssature Alu - PRVAdeme COFAHE
Façade RideauOssature BoisANR EffinovboisDER/HTO
RUPTISOLRupteurs de Ponts Th.par l’intérieur
Projet FUI : SIRTERI Système Industrialisé de Rénovation
du Tertiaire par l’Intérieur
Le Conseil Général de l’Isère a mis à disposition trois bureaux au septième étage du bâtiment DODE de la Cité Administrative de Grenoble, pour évaluer ce concept.
Principe de la «boîte dans la boîte» : isolation + inertie assistée
Principe
Surventilation des bureaux
Ventilation pour les panneaux
MCP
Panneaux MCP=Panneaux Radiants
= Cloisons Actives
Double fenêtre
Panneaux PIV
Pose de la ventilation dans les faux plafonds
Pose des fenêtres
Pose des panneaux super isolants
Pose des Panneaux MCP
5 µm
MICRONAL ®
Températures d’air des trois bureaux
Paroi ventilée MCP
Paroi bureau Ref
Paroi Bureau sur-ventilé
Air bureau MCP
Paroi bureau MCP
Déstockage du MCP la nuit
+- -+
Sens conventionn
el du flux
Gain sur la température d’air
Bureau
MCPVentilé
Bureau Ventilé
Bureau Ref.
Air Extérieur
Heures T≥ 27 °C 25 39 76 46 % temps entre 8 h et 19 h 19% 29% 57% 34%T maxi sur la période °C 28.6 30.5 35.7 33.0
Bureau
MCPVentilé
Bureau Ventilé
Bureau Ref.
Air Extérieur
Heures T≥ 27 °C 23 24 64 14.5
% temps entre 8h et 19 h 13% 14% 36% 8%
T maxi sur la période °C 29.6 30.5 34.3 30.1
Stores ouverts sur 16 jours en septembre
Stores fermés sur 12 jours en septembre
Indicateurs de confort
Vue extérieure Vue intérieure
Paroi Isolante Inerte et Translucide - INERTRANS
Rayonnement Flux entrant cellule test Flux entrant cellule ref
Caractérisation de la convection naturelle dans une brique de verre
Mesures PIV Modèle Boltzman sur gaz réseau
Restitution de chaleur progressive durant la
nuit
… de la recherche à l’évaluation
Les IHP - Isolants Haute Performance
PIV / VIP : Panneaux Isolant sous Vide INP : Isolant Nano-Poreux
SpaceloftAspen aerogelCUAP
Aerowool - Rockwoll : Pass’Innovation
Porextherm : CUAP ZAG - accepté Microtherm : CUAP CSTB – en cours
Contact pour AT : doublage intérieur+ VIP composant de façade + VIP
Les MCP
Plaque MCP
Energain Dupont : Pass’Innovation
HUMIDITE
QUESTIONS ?
Rappel des objectifs
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Comprendre et appréhender les phénomènes de transferts de gaz (air, polluants) à travers une paroi et plus particulièrement les constructions à ossature bois, et les parois à rénover.
Réaliser une étude détaillée du comportement des composants de l’enveloppe, en particulier des points singuliers (ponts thermiques, ruptures d’étanchéité …)
Proposer des modèles de transferts couplés gaz (air et vapeur d’eau) et chaleur, validés par des mesures à l'échelle réelle
Les « tunnels thermiques »
Fuites récurrentes (189 observations sur 123 logements)
2% 7%
12%
41%
38%
Structure
Tuyauteries
Trappes
Menuiseries
Passage des équipementsélectriques
Source : Litvak et al. 2005. Campagne de mesure de l’étanchéité à l’air de 123 logements. CETE Sud Ouest. Rapport n°DAI.GVCH.05.10. ADEME-DGUHC.
Surface Equivalente des « trous »
70 % des fuites
Source : CETE Ouest
Projet OPTIMOB
Étude expérimentale
- Échelle réelle
- Sollicitations climatiques naturelles
- Étude d’un bâtiment dans son ensemble
=> Réduction des risques liés à l’humidité
- déterminer l’impact couplé de l'étanchéité à l'air et des transferts d'humidité sur le transfert de chaleur,- évaluer les risques de condensation et les problèmes d’étanchéité à l’air des maisons à ossature bois
Étude numérique
- Développement d’un modèle
- Validation avec l’expérimentation
- Généralisable (climat, construction)
Support expérimental
> Maison à ossature bois
> 20m², 2,50m > Ossature épicéa> Construction
février-mars 2008> Côté sud: réserver
pour insérer une fenêtre
> Côté nord: entrée par une double porte
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int.ext.
Thermocouple
ThermohygromètreFluxmètre
int.ext.
Instrumentation
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Station météo
À proximité de la cellule> Température, humidité relative > Rayonnement solaire direct et diffus> Vitesse et direction du vent
Génération de vapeur
derrière PV
surface parement
derrière MFP
derrière plâtre
Impact du parement intérieursur l’humidité absolue
MESURES
Impact de l’isolantsur la température
Impact de la capacité thermique (ρ.Cp)
ρ.Cp fdb=160 [kJ/m3.K] ρ.Cp ldv=15 [kJ/m3.K]
SIMULATION
Conclusion
Le rôle primordial du pare-vapeur en tant que barrière à la propagation de vapeur a été clairement confirmé
Le rôle important des matériaux de parement hygroscopiques dans l’ « inertie hygrique » a été également confirmé
La modification des transferts thermiques par des transferts hygriques dans l’enveloppe contenant des matériaux hygroscopiques a été mise en évidence
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Mise au point de l’outil de transferts couplés « chaleur-air-humidité », en développement mais non encore totalement validé
Valider l’outil :- En intégrant les aspects étanchéité/ventilation/rayonnement
incident- En poursuivant le développement de la base de données
matériaux- Définir des scénario intérieurs
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Reste à faire
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Humidité … suite
Hygrobat : en cours - revisiter les bases théoriques des transferts couplés : chaleur/air/humiditéLEPTIAB – LOCIE – CEA/INES/LEB – LERMAB-LERFOB-EDF-TREFLE – LMDC CRITTBOIS – LIGANTEC – NR GAIA
Humibatex : début 2012 – humidité dans les bâtiments existantsCETE – INSA – LEPTIAB – ALDES – ISOVER – Ventilairsec
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… de la recherche à l’évaluationHumidité et AT
Risque de condensation dans les cadres de fenêtre
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QUESTIONS ?
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ProspectiveEquipements Anciens – Nouveaux Usages
Energie Positive ?
Jeudi 11 Mars 2004
Janvier 2005Octobre 2011http://web.ujf-grenoble.fr/imagesetsciences/energiesdufutur/pres_pdf/quenard.pdf
Des Bâtiments Economes & Producteurs d’Energie… des usagers « énergivores »
RT 2020
Manque l’Energie Grise des Equipements Electrodomestiques et de la Mobilité
2 autres usages 1 impact
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Performance et Localisation
Indicateur Energie Primaire TotaleNormation Zone H2B pour 1 anEtude QEB - CIMBETON
Projet REZO-ZERO2007-2009
ConvergenceBâtimentTransport
Borne Bidirectionnelle
Mitsubishi: i-MiEV alimentation des équipments électro-domestiques
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Aujourd’hui :Aujourd’hui :Alimentation d’un téléphone ou d’un ordinateur portable.
Demain :Demain :Prise : 100 VPuissance : 1500 W
Batterie lithium-ion : 16 kWh,Consommation d’un ménage pour environ 1, 5 jour
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VE = nouvel équipement de la maison ?
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StockagStockagee
2300 kWh/an2300
kWh/an2000
kWh/an*2000
kWh/an*
*Pour un VE avec une consommation de 150Wh/km parcourant 13000 km/an
CESIChauffe-eau Solaire Individuel
VESIVéhicule Electrique Solaire Individuel
Analogie CESI-VESI
15-20m²3-5 m²
ProductionProduction
ConsommationConsommation
Equipements très performants individuellement vs
Equipements moins performants mutualisés???
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Usages Mutualiséséquipements domestiques
Réfrigérateur/CongélateurFroid
Chauffe-eau ThermodynamiqueChaud
Climatisation et ECS ?
Mutualisationéquipements informatiques / PC / ECS
Mutualisation à l’échelle des
bâtiments
www.helen.fi
Data-Center : Nouvelles Chaufferies ?
ECS/Piscine …
DALKIA
Merci pour votre écoute
Projet COFAHE (PREBAT, 2007-2010) sur des composants de façade à haute performance énergétique : expérimentation en taille réelle (caractérisation thermique). Partenaires : CSTB, COMPOSITEC, VETROTEX, GOYER.Coût complet : 165 k€ (aide accordée au CSTB : 82 k€).Responsable scientifique : H. Sallée
Projet OPTIMOB (PREBAT, 2008-2011) sur la réduction des risques liés à l’humidité et aux transferts d’air dans les constructions à ossature bois : expérimentation en taille réelle (mesure de température et d’humidité dans les parois d’une maison à ossature bois (modélisation analogique, approche globale). Partenaires : CSTB, EDF, ALDES, INSAVALOR-CETHIL, CTBA, OSSABOISCoût complet du projet : 750 k€ (aide accordée au CSTB : 173 k€)Responsable scientifique CSTB : G. Garnier.
Projet ENVHY (PREBAT, 2007-2009) sur l’amélioration des performances des bâtiments neufs, notamment par la prise en compte renforcée des aspects bioclimatique : expérimentation en taille réelle, modélisation multiphysique (approche CFD pour les écoulements d’air, approche globale pour la thermique du bâtiment)Partenaires : CSTB, CTBA, SMURFIT KAPPA, CRISTOPIA, ITF, CREABOIS, LOCIE, LAG, Université J Fourier GrenobleCoût complet du projet : 460 k€ (aide accordée au CSTB : 116 k€)Responsable scientifique : K. Johannes.
Projet RenEauSol (Habisol, 2010-2012) sur un capteur auto-stockeur intégré en toiture : expérimentation de taille réelle (PIV, cavité, eau, convection naturelle)Partenaires : LOCIE, CETHIL, CEA, CSTB, CRESSON, TecnisunCoût complet du projet : 1 098 k€ (aide accordée au CSTB : 38 k€ + financement d’une thèse APS-ADEME)Responsable scientifique CSTB: M. Cosnier
Projet RENOKIT (PREBAT, 2007-2009) sur l’évaluation d’un système intégré pour la rénovation par l’intérieur des logements existants : expérimentation en taille réelle (mesures thermique, fluxmétrique, acoustique, modélisation analogique, approche globale). Partenaires : CSTB, CTBA, SMURFIT KAPPA, CRISTOPIA, ITF, IRABOIS.Coût complet du projet : 485 k€ (aide accordée au CSTB : 209 k€)Responsable scientifique CSTB : H. Sallée.
Projet MAISON PASSIVE (PREBAT, 2007-2011) sur la conception et l’évaluation expérimentale de maisons passives : expérimentation en taille réelle (mesures thermique et fluxmetrique, modélisation analogique, approche globale)Partenaires : CNRS/LMOPS, ARMINES CEP, CETIAT, CSTB, CEA, Maison GIRAUD, SAINT GOBAIN ISOVER.Coût complet du projet : 1040 k€ (aide accordée au CSTB : 122 k€).Responsable scientifique CSTB : D. Quenard
Projet INERTRANS (PREBAT, 2008-2011) sur un composant d’enveloppe de bâtiment en brique de verre associant inertie et isolation translucide : expérimentation en taille réelle et en dimensions réduites (mesures PIV, mesures thermique, approche globale, modélisation fine de type gaz sur réseaux).Partenaires : CSTB, CETHIL, ARMINES CEP, CRISTOPIA, SAVERBAT, SIRIUS. Coût complet : 983 k€ (aide accordée au CSTB : 163 k€).Responsable scientifique CSTB : M.Cosnier
Les projets (FUI) : Projet SYSPACTE (FUI, 7ème appel d’offre, 2009-2012) sur les panneaux thermoélectriques pouvant être utilisés comme parois actives : modélisation multi-physique (double approche CFD et analogie électrique : phénomènes thermoélectriques et échangeurs) et réalisation d’un prototype intégrant le panneau thermoélectrique couplé aux échangeurs optimisés.Partenaires : ACOME, CRISMAT, ICG, LOCIE, CSTB, ANJOS.Coût complet du projet : 1540 k€ (aide accordée au CSTb : 110 k€).Responsable scientifique CSTB : M. Cosnier.
Projet SIRTERI (FUI, 5ème appel d’offre, 2008-2012) sur un système industrialisé de rénovation du tertiaire par l’intérieur : expérimentation en taille réelle (mesures thermique, fluxmétrique sur un bureau rénové. Modélisation analogique (approche globale).Partenaires : Sainte Marie Constructions isothermes, CNRS, A.RAYMOND.Coût complet du projet : 970 k€ (aide accordée au CSTB : 100 k€).Responsable scientifique CSTB : H. Sallée.