de la conception à la mesure, comment expliquer les écarts?

De la conception à la mesure, comment expliquer les écarts?

Olivier SIDLER

Du coefficient « G » aux 50 kWh/m²/an…..

- 1974 : arrivée du coefficient G. Les bâtiments ne font que perdre de l’énergie

- 1982 à 2012 : chaque bâtiment dispose de sa propre consommation de référence- 2012 : La récréation est finie, tout le monde doit 50 kWh/m²/an

Conséquences :

- les usagers veulent « vérifier » qu’on ne les vole pas

- les juristes voient un élément du contrat de vente et parlent de placer les 50 kWh/m²/an dans la garantie décennale

L’idée d’une garantie de résultats apparaît, et donc celle de la mesure des performances.

Une évolution étonnante

CHAUFFAGE (logements + bureaux)

55,0

35,2

71,5

57,4

44,0

73,4

53,4

63,4

50,0

25,0

50,0

42,5 42,5 42,5 42,5 42,5

-

10,0

20,0

30,0

40,0

50,0

60,0

70,0

80,0

Bron Ineed Mulhouse(rénovation)

B1 B2Dauphilogis

B2 OPAC B3 G1

Cons

omm

atio

n (k

Wh/

m²S

hab/

an)

Consommation mesurée Consomation envisagée

Energie primaire Energie utile

Bureaux

Attention : la surface de référence est toujours la SHAB

Ce qu’on observe


ECS (logements)

29,3

15,414,1

19,0

33,7

21,4

30,0

20,0

17,0 17,0 17,0 17,0

-

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Bron Mulhouse(rénovation)

B1 B2 Dauphilogis B2 OPAC B3

Cons

omm

atio

n (k

Wh/

m²S

hab/

an)


Avec chauffe eau solaireSans solaire

Ce qu’on observe


ELECTRICITE des SERVICES GENERAUX

11,2

13,9

26,2

19,9

15,2

11,610,0 10,0 10,0 10,0 10,0 10,0

-

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

Bron B1 B2 Dauphilogis B2 OPAC B3 G1

Cons

omm

atio

n (k

Wh/

m²S

hab/

an)


Consommation des services généraux (logements)

Energie finale

Nota : la ventilation de tous ces bâtiments est de type double flux

Ce qu’on observe

Cas particulier du bâtiment de l’INEED (Drôme)

Ce qu’il faudra comprendre dans le cas de l’INEED, c’est pourquoi les consommations ont « dérapé » entre la 1ère et la 3ème année

Unités Année 1 Année 3Chauffage kWhep/m²Shab/an 25,8 35,2

(+36,4 %)Electricité kWhelec/m²Shab/an 21,8 26,1

(+19,7 %)Total en énergieprimaire

kWhep/m²Shab/an 82,0 102,5(+25,0 %)

Tous usages sans exception

Ce qu’on observe

Quel outil pour « prévoir la consommation »?

1 – Le calcul réglementaire ? Il se défend lui-même d’être une prévision. C’est une méthode conventionnelle.

2 – Les méthodes simplifiées type degrés-jours ? Elles ne sont plus du tout adaptées à des bâtiments dans lesquels les apports gratuits sont prédominants,

3 – La simulation dynamique : c’est l’outil le plus évolué pour explorer. Mais il suppose lui-même de faire beaucoup d’hypothèses,

Conclusion : se mettre d’accord avant tout sur l’outil jugé suffisamment fiable qui servira à déterminer la base des « prévisions »

1 – Impact des données climatologiques

1 - Les divergences dues aux données météo

1 – Au moment de la conception : on ne dispose pratiquement jamais de données météo propres au site étudié,

2 – Vérification des consommations : quelles données météo et pour faire quoi ?

- ne rien mesurer et supposer que la météo réelle est la même que celle utilisée dans les calculs….

- implanter une station de mesures sur le site, et corriger (même problème que précédemment).

Mais les écarts sont importants entre les différentes méthodes…

- prendre les données de la station météo la plus proche pour corriger. Mais corriger de quelle manière, avec quel outil ?

-10,0

-5,0

-

5,0

10,0

15,0

20,0

18/11/09 3/12/09 18/12/09 2/1/10 17/1/10 1/2/10 16/2/10 3/3/10 18/3/10 2/4/10 17/4/10 2/5/10

Tem

péra

ture

(°C)

Mesurée au Versoud Mesurée sur le toit de l'immeuble

Ecart annuel moyen ville/station : 1,5°C

La charge réelle en ville est sensiblement inférieure à la charge des stations météo proches

Ecart des mesures de température d’air faites la même année sur l’immeuble, et hors de la ville

Températures réelles/Températures météo

Températures réelles/Températures météo

Comparaison des besoins de chauffage du Patio Lumière issus de la simulation selon les données météorologiques

0

2

4

6

8

10

12

14

16

18

20

22

24

26

28

30

32

34

1Différents cas étudiés

Beso

ins

en k

Wh/

m²/a

n

météo référence simul

météo mesurée in situ

météo mesurée avec températuresde météociel

Entre des températures mesurées la même année en périphérie de ville et sur site urbain, il y a différence des besoins de de 25 % à la baisse !!!

Fichier Météonorm

Fichier mesures

in situ

Fichier mesures hors ville

Station météo utilisée

2 – Impact des défauts de conception et de mise en oeuvre

2 - Les divergences liées à la conception/réalisation

2 – La très mauvaise maîtrise de l’étanchéité à l’air des enveloppes

Impact : 4 kWh/m²/an pour chaque vol/h sous 50 Pa supplémentaire

1 – La non prise en compte des ponts thermiques structurels

Problème des accrochages de bardage (augmentation de 50% du U) : ici U

passe de 0,21 à 0,32 W/m²°K

3 – Le surdimensionnement des générateurs


Taux de charge annuel

Ren

dem

ent

ηchLe surdimensionnement généralisé conduit à des chutes de rendement de

plusieurs dizaines de points dans certains cas.

4 – L’absence d’une régulation terminale qui fonctionne (robinet thermostatique)

Exemple d’un lycée : On observe que la température de la classe monte à 27° dès l’arrivée des élèves, et au même moment le chauffage fonctionne toujours : on ne récupère pas les apports gratuits car il n’y a pas de régulation terminale.

Evolution de la température dans les salles de classe

0

5

10

15

20

25

30

35

40

45

50

00:00 02:00 04:00 06:00 08:00 10:00 12:00 14:00 16:00 18:00 20:00 22:00Heure

Tem

pér

atur

e (°

C)

T° extérieure

T° départ chauffage

T° retour chauffage

T° de la salle de classe

19°C

CONSOMMATIONS SPECIFIQUES ENERGIES UTILE ET PRIMAIRE (gaz) pour chauffage

0

20

40

60

80

100

120

140

53 Runtz 31 Vosges 33 Maçons 13 Vosges

Cons

omma

tion

(kWh/

an/m

²)

Energie primaire Energie Utile

Moyenne énergie primaire : 84 kWh/an/m²

ENERTECH ADEME

Réhabilitation Franklin

Moyenne énergie utile : 71,5 kWh/an/m²

Objectif : 50 kWh/an/m²

η = 96%η = 90%

η = 79%η = 54%

5 – Les débits réels de la ventilation - Cas de la ventilation double flux

A – Un fonctionnement aléatoire


A1_Ventilation Evolution du différentiel de pression mesuré aux bornes du ventilateur d'extraction de

la cage B en moyenne journalière

0

50

100

150

200

250

300

350

400

450

500

10/3/10 9/4/10 9/5/10 8/6/10 8/7/10 7/8/10 6/9/10 6/10/10 5/11/10 5/12/10 4/1/11 3/2/11Date

Delta

P (P

a)

ENERTECH ZAC DE BONNE

LE CONNESTABLE

B – Des montages incorrects conduisant au recyclage d’air

Pression > 0

Pression < 0

5 – Les débits réels de la ventilation - Cas de la ventilation hygroréglableHygro : des surdébits dangereux


Ilot C - Courbe de charge journalière du débit d'extraction des VMC simple flux hygroB

0,500

0,520

0,540

0,560

0,580

0,600

0,620

0,640

0,660

0,680

0,700

00:00

00:40

01:20

02:00

02:40

03:20

04:00

04:40

05:20

06:00

06:40

07:20

08:00

08:40

09:20

10:00

10:40

11:20

12:00

12:40

13:20

14:00

14:40

15:20

16:00

16:40

17:20

18:00

18:40

19:20

20:00

20:40

21:20

22:00

22:40

23:20

Débi

t (en

Vol

/h)

LL-MVRDV-semaine LL-MVRDV-week-end LL-EEA-semaine LL-EEA-week-end HH-ECDM-semaineHH-ECDM-week-end Alliade-semaine Alliade-week-end OPAC-ECDM-semaine OPAC-ECDM-week-endFH-semaine FH-week-end PGA1-semaine PGA1-week-end

Les débits réellement mesurés varient de 0,52 à 0,70 vol/h : la consommation de chauffage est > 20

kWh/m²/an aux prévisions

Et encore :

6 – Absence d’asservissement de l’éclairage de la cabine d’ascenseur (doublement de la consommation de celui-ci), paramétrisation incorrecte des détecteurs de présence,

7 – Installation d’air ou d’eau à débit variable dont le débit ne peut pas varier

Conclusion : les éléments de conception et de réalisation propres à expliquer les écarts entre mesure et « prévisions » sont nombreux. Mais on peut penser qu’une montée en compétence des bet et des entreprises

devraient en partie pouvoir régler le problème, probablement avec une augmentation des coûts toutefois.


9 – Etc…

8 – Rendement catastrophique des boucles de distribution ECS, distribution non isolée en dalle,

3 – Impact des comportements

3 – Impact des comportements de l’usager

1 – Impact de la température ambiante

Un degré supplémentaire conduit à une augmentation de 15 à 20% de la consommation de chauffage. La température moyenne observée est de 21°.

Le maximum déjà vu pour un immeuble : 23,8C….

31,829,5

36,735,6

-

5,0

10,0

15,0

20,0

25,0

30,0

35,0

40,0

Ineed B2

Con

som

mat

ion

(kW

h/m

²Sha

b/an

)

19 °C

20 °C

19 °C

20 °C+ 6,1 kWh/m²/anprimaire

+ 4,9 kWh/m²/an utilesoit 5,4 primaire

+ 21% + 15 %

Les surchauffes sont très souvent régulées par ouverture des fenêtres


2 – Impact de l’ouverture des fenêtres

B3_Confort d'hiver Evolution des températures du logement 4

la journée du 9 janvier 2010

10,00

12,00

14,00

16,00

18,00

20,00

22,00

24,00

26,00

0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 23Heure

Tem

péra

ture

(°C)

Logement 4 Chambre Logement 4 Séjour

ENERTECH ZAC DE BONNE

LE CARRE D'OR

Régulation par ouverture des fenêtres

Enertech instrumente systématiquement les ouvertures de fenêtres par des contacts de feuillure enregistrant au pas de temps de 10’.

2 – Impact de l’ouverture des fenêtres

Durées d'ouverture des fenêtres pendant la période de chauffe

0

2

4

6

8

10

12

Logement4

Logement5

Logement1

Logement3

Logement1

Logement5

Logement4

Logement3

Logement1

Logement4

Duré

e d'

ouve

rture

(heu

re/jo

ur)

ADEME

EPAGNY OPAC 74

Cuisine Salon Chambre


Impact sur la consommation :- 3,5 kWh/m²/an si 2,5h/j

- 21kWh/m²/an si 15h/j

[déc à fév]


3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation

- La plupart des consommations électriques finissent en chaleur et contribuent au chauffage de façon massive.

- Dans les bâtiments très performants l’électricité représente plus de 90 % de la consommation d’un bâtiment

Bilan énergétique global annuelRépartition des consommations d'électricité

7%

20%

40%

2%

4% 5%3%

19%

0%

Chauffage

Climatisation

ECS

Eclairage

Auxiliaires

Bureautique

Courants faibles

Ascenseurs

Equipements & usages divers

Bâtiment Coriolis –ENPC

Électricité spécifique : 93% de la conso

tous usages

Tertiaire



- Energie primaire - Répartition de la consommatiion totale du bâtiment

2211

38

148

0

50

100

150

200

250

Coefficient de 3,2

Con

som

mat

ion

(kW

hep/

m²)

Chauffage ECS

Electricité des services généraux Electricité des parties privatives

ENERTECH ADEME

Ancône - Les Santolines

Chauffage :4,17 kWhel/m²/an

Electroménager :46 kWhel/m²/an

ECS : 3,2 kWhel/m²/an

Logements sociaux à Ancône (26) :

l’électroménager représente 11 fois la consommation de

chauffage

Logements



….d’où un conflit très fort dans les bilans si la consommation d’électricité spécifique a mal été évaluée : cas du quartier Franklin à Mulhouse (logements) :

- simulation dynamique faite avec moyenne des conso domestiques en France

- quartier pauvre : consommation de 1100 kWh/an/logt, contre 2.600 en moyenne,

Bilan : apports de chaleur plus faibles conduisant à une « surconsommation » de chauffage de 12 kWh/m²/an, soit 25 % de plus que la « prévision ».


3 – Impact de l’équipement électrique et de son mode d’utilisation (tertiaire)

Le cas du tertiaire est encore plus symptomatique :

UC+Ecran : 196 kWh/an

Portable+écran : 109 kWh/an Ordinateur portable :

38 kWh/an

Le choix des usagers sur le matériel informatique peut avoir des conséquences considérables sur les consommations finales…

INFORMATIQUE Répartition de la courbe de charge de l'ensemble de

l'informatique les jours ouvrés

0

500

1000

1500

2000

2500

3000

3500

4000

00:00

01:00

02:00

03:00

04:00

05:00

06:00

07:00

08:00

09:00

10:00

11:00

12:00

13:00

14:00

15:00

16:00

17:00

18:00

19:00

20:00

21:00

22:00

23:00

Puis

sanc

e (W

)

Portable secrétériat Baie VDI Armoire C1E Armoire C1WArmoire C2W Salle info Serveur INEED

ENERTECH ADEMEENERTECH

INEED



Plus de la moitié de la consommation électrique des bâtiments a lieu en

dehors des périodes d’occupation….

Dans le bâtiment de l’INEED, on pourrait réduire de 39% la consommation de la bureautique en ne la faisant fonctionner qu’aux heures de besoins.



Les choix en équipements électriques et les comportements de l’utilisateur affectent notamment :

- la nature des équipements (tours informatiques ou portables)

- la quantité d’équipement

- leur pilotage : jamais arrêté, toujours en veille

et cet impact est de plusieurs dizaines de kWh/m²/an.

Malgré tous les efforts du concepteur, ce poste est totalement non maîtrisable. Or il affectera très lourdement la consommation de chauffage.


4 – Les besoins en eau chaude sanitaire

- laissés à la liberté de chacun (ce qui est normal)

- peuvent varier couramment de un à deux d’un bâtiment à l’autre

- pèsent bientôt aussi lourd que le chauffage dans les bâtiments performants,

- délicats à mesurer : il faut connaître le volume puisé au robinet et la température du puisage. Attention à l’eau froide coulant en attendant l’ECS.

- peuvent être considérablement augmentés par une mauvaise conception de l’architecture des réseaux.

L’ECS pose de très grosses difficultés d’évaluation en phase de prévision, et les erreurs commises dépassent très fréquemment 10 kWh/m²/an.

4 – Impact des défauts de maintenance et de pilotage


1 – Le non remplacement des filtres d’air neuf sur les VMC double flux

Chute de débit due à l’encrassement du filtre air neuf

Infiltrations

Globalement cet encrassement a conduit à une surconsommation de chauffage de 8 kWh/m²/an

Répartition de la consommation entre les différents postes (avant et après optimisation)

0,0

1,0

2,0

3,0

4,0

5,0

6,0

7,0

8,0

Ventilation Bureautique Eclairage Divers Usagesthermiques

Pompes Non connu

Cons

omm

atio

n (k

Wh/

an/m

²util

e)

Actuelle Après optimisation

/1,8 /1,6 /1,6

/1,3/1,4

/1,9

2 – Dérive dans le pilotage et la programmation des équipements

Exemple du bâtiment de l’INEED

Ces économies d’électricité ont un impact sur les consommations d’électricité et de

chauffage


3 – Absence d’intervention en cas de panne ou de dysfonctionnement

C’est notamment le cas, avec un impact énergétique fort sur :

- les installations de VMC, en panne souvent plusieurs mois,

- les installations solaires (qui ne produisent alors plus rien)

- réglage incorrect des temporisations des détecteurs de présence,

- etc.


Conclusion

<Les sources d’écart entre « prévisions » et mesures sont très nombreuses

< Certaines pourront être améliorées par une montée en compétences.

< Les principales sources de divergences sont dues à l’usager. Elles représentent plusieurs dizaines de kWh/m²/an. Non maîtrisables par le concepteur.

CONCLUSIONS

1 – la notion même de prévision est à revoir. Même en réinjectant les données de mesure dans une simulation il reste des écarts. Une prévision ne peut constituer un engagement.

2 – La Garantie de Performance Energétique est une illusion dangereuse propre à engorger tous les tribunaux demain. Elle doit être abandonnée au profit de l’obligation de moyens (et non de résultats)

3 – Pourtant il faudra continuer à faire de la mesure : mais ce sera pour progresser dans la connaissance du fonctionnement des bâtiments et de leurs équipements.

CONCLUSION

de la conception à la mesure, comment expliquer les écarts?

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