methode_equer-25-nov-2008.pdf
TRANSCRIPT
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1EcoEco--conception des btiments, mthode EQUERconception des btiments, mthode EQUER
Bruno PEUPORTIERMines ParisTech CEP
ICEB caf, 25 novembre 2008
1
Plan de la prsentationPlan de la prsentation
Rappel de la mthode (cf. ICEB caf prcdent)
Liens avec dautres approches (INIES, outils europens)
Nouveaux dveloppements et amliorations
Etudes de cas :Maisons passives Formerie
Rhabilitation HLM Montreuil
Quartier Lyon Confluence
Conclusions et perspectives
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22
coco--conceptionconception
Prendre en compte les aspects environnementaux dans la conception
Prservation des ressources (nergie, eau, matriaux, sol), protection des cosystmes, au niveau plantaire (climat, ozone), rgional (forts, rivires), local (dchets, qualit de lair)
Liens environnement-sant
Approche dingnieur qui peut tre applique aux btiments, galement par des architectes
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Outil de travail : analyse de cycle de vieOutil de travail : analyse de cycle de vie
Dfinition du systme (btiment, transport ?)
Phase dinventaire, substances mises et puises dans lenvironnement
Matires premires, combustibles
missions dans lair
missions dans leau
missions dans le sol, dchets
Calcul dindicateurs environnementaux (ex. eq. CO2)
Interprtation des rsultats, comparaison de variantes architecturales ou techniques
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Mthode EQUER Mthode EQUER
11rere tapetapeDescription 2D Description 2D 3D3DLogiciel ALCYONELogiciel ALCYONEcf. www.izuba.frcf. www.izuba.fr
Plan autocad en image de fond
5
Modlisation du btiment, interface Modlisation du btiment, interface PleiadesPleiades
Description du site et du climat
Choix des matriaux et composants
+ scnario dusage (logements, bureaux, cole)
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46
Simulation thermique, logiciel COMFIESimulation thermique, logiciel COMFIE
Besoins de chauffageBesoins de chauffageet de rafrachissementet de rafrachissement
Profils deProfils detempraturetemprature
7
Validation du modleValidation du modle
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
Cas
e 60
0
Cas
e 61
0
Cas
e 62
0
Cas
e 63
0
Cas
e 64
0
Cas
e 65
0
Cas
e 90
0
Cas
e 91
0
Cas
e 92
0
Cas
e 93
0
Cas
e 94
0
Cas
e 95
0
Cas
e 96
0
Cas
e 19
5
Cas
e 20
0
Cas
e 21
0
Cas
e 21
5
Cas
e 22
0
Cas
e 23
0
Cas
e 24
0
Cas
e 25
0
Cas
e 27
0
Cas
e 28
0
Cas
e 29
0
Cas
e 30
0
Cas
e 31
0
Cas
e 32
0
Cas
e 39
5
Cas
e 40
0
Cas
e 41
0
Cas
e 42
0
Cas
e 43
0
Cas
e 44
0
Cas
e 80
0
Cas
e 81
0
beso
ins
de c
hauf
fage
(Kw
H)
MinMaxComfie
Comparaison avec 8 autres codes (TRNSYS, DOE, SUNREL, ESP,) 35 cas : +14% / moyenne, +2% / maximum
Comparaison avec des mesures,par exemple cellule-test avec vrandaau CEN-Cadarache
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58
EquerEquer, donnes complmentaires, donnes complmentaires
Dures de vie, consommation deau, dchets, transport
9
EquerEquer, base de donnes dICV, base de donnes dICV
Base Oekoinventare 1996 (ETHZ) puis www.ecoinvent.ch
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610
EQUER : simulation du cycle de vieEQUER : simulation du cycle de vie
Calcul par pas de temps dun an sur une dure danalyse,80 ans par exemple
11
EQUER, rsultatsEQUER, rsultats
12 indicateurs environnementaux pour les 4 phases
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712
EQUER, comparaison de variantesEQUER, comparaison de variantes
13
Contribution des diffrentes phasesContribution des diffrentes phases
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814
EQUER, exemple dcoEQUER, exemple dco--profilprofil
Unit commune tous les indicateurs :Unit commune tous les indicateurs :quivalentquivalent--habitanthabitant--anneanne
15
Comparaison doutils ACV europens (PRESCO)Comparaison doutils ACV europens (PRESCO)
Maison suisse ossature bois, chauffage gaz, 80 anscarts +- 10% sur le cycle de vie
tons CO2 eq.
0100200300400500600700
BECO
ST
ECO-
QUAN
TUM
ECOS
OFT
ENVE
ST 2
EQUE
R
ESCA
LE
LEGE
P
wood, end of lifewood, operationwood, construction
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916
Travaux europens en coursTravaux europens en cours
PRESCO -> identification de diffrences entre mthodes -> besoin dharmonisation
ENSLIC : tat de lart, propositions dharmonisation et diffusion des connaissances
Normes ISO (cadre gnral) et CEN (indicateurs faisant consensus)
LORE-LCA, dmarrage en 2009, recherches sur les points durs (bilan CO2 du bois, recyclage), validation des simplifications, aide linterprtation
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Base INIES : www.inies.frBase INIES : www.inies.fr
Essai pour constituer une bibliothque compatible avec EQUER partir de la base INIES
Problme des units fonctionnelles, par ex. 1 m2 de mus bton pais de 12 cm 1 kg de bton
Simplification des inventaires, exemple : dioxines
Pas de procd (chauffage, etc.), fin de vie non modlise (incinration, recyclage), transport fixe
Pas de calcul matriciel (interactions entre secteurs)
-> discussions en cours dans le projet COIMBA
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10
18
Points forts et limitesPoints forts et limites
Validation et inter-comparaison, mais incertitudes sur certains indicateurs (toxicit par exemple)
Donnes gnriques pour le moment
Interface utilisateurs conviviale -> quelques journes de travail pour une tude, compatible avec la pratique professionnelle mais ncessite une expertise (2 jours de formation)
Outil diffus (2000 licences Pleiades) mais encore peu dexigences de performance ACV dans les programmes, complexit du multi-critres / CO2
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Nouveaux dveloppements et amliorationsNouveaux dveloppements et amliorations
Nouveaux composants : puits canadiens , solaire thermique et photovoltaque, pompes chaleur et micro-cognration, MCP (en cours)
Travaux sur les mouvements dair (infiltrations, ventilation naturelle en particulier lt)
Chanage avec des calculs dclairage (Radiance)
-
11
20
Photovoltaque intgr aux btimentsPhotovoltaque intgr aux btiments
Production dlectricit en fonction de la temprature, donc du mode
dintgration au bti (modules ventils, extrieurs ou couverture
vranda)
Production dlectricit et de chaleur si PV hybride
Collecte de donnes danalyse de cycle de vie
21
ACV des systmes photovoltaques, rsultatsACV des systmes photovoltaques, rsultats
temps de retour nergtique (ans)
0
1
2
3
4
5
6
7
PV, O
ekoin
venta
re
PV, C
arneg
ie Me
llon
temps de retournergtique (ans)
-
12
22
Echangeurs air / sol (Echangeurs air / sol ( puits canadienspuits canadiens ))
Maison de retraite Presles (95), 2004Modle de sol, collab. avec INSA ToulouseMaillageSimulation dynamique
Salle de 240 m28 tubes de 40 m de long 1,6 m de profondeur0,9 (hiver) 1,5 (t) vol/h150 -> 30 degrs joursdinconfort (base 24C)
23
Modlisation du solModlisation du sol
-5,00
0,00
5,0010,00
15,0020,00
25,0030,00
35,00
1 31 61 91 121 151 181 211 241 271 301 331 361
Temps (jours)
Tem
pra
ture
(C)
0 m1 m2 m3 m4 m5 m7 m9 m
Approximation sinusodale, massif semi-infini
-
13
24
Maillage du systme tudi (sol + tubes enterrs)Maillage du systme tudi (sol + tubes enterrs)
Thse, validation du modle et intgrationdans des btiments nergie positive
25
Nouveaux indicateurs dACVNouveaux indicateurs dACV
Objectif : progresser vers lvaluation des dommages
Toxicit : annes de vie perdues, quivalence pour diffrents handicaps -> un seul indicateur : DALY (Disability adjustedLife loss years)
Eco-toxicit : % despces disparues sur une surface de territoire et sur une certaine dure : PDF x m2 x an (percentage disappeared fraction of species)
Energie primaire, nouvelles conventions
Epuisement des ressources : eq. Antimoine pour viter les trs petites valeurs (quantit / rserves -> 10-16)
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26
Indicateurs drivs de modlesIndicateurs drivs de modles
missions, compartiments cologiques, transport, (bio)dgradation -> PEC, transferts (air,eau,nourriture), dose, effet (1/concentration seuil, ex. PNEC)
180 substances, concentration de fond -> 46 substances (modle EUSE)
chelle de temps,interactions, ...
Modles orients effets : DALY (Disability adjustedLife loss years), PDF x m2 x an (percentagedisappeared fraction of species)
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Actualisation de la base de donnesActualisation de la base de donnes
Ecoinvent 2003 puis 2007
Donnes plus prcises, mais base payante (1500 )
Ncessit de contextualiser certaines donnes (pour les donnes correspondant une production en Suisse, mix de production changer)
-
15
28
Bois et stockage de COBois et stockage de CO22
Photosynthse (simplification) :
8.4 CO2 + 12 H2O -> C8.4H12O5.4 + 8.7 O2 + 6 H2O
1.85 kg CO2 pour 1 kg de bois
Procds : plusieurs kg pour 1 kg final, trononneuse, transport, schage, scie
potentiel de rchauffement global : entre -1.44 et -1.7 kg CO2 par kg de produit final
Fin de vie : incinration : +1.47 kg CO2, dcharge : +0.0036 kg CO2
Stockage sur la dure de vie
29
Exemple dapplication : Formerie (Oise)Exemple dapplication : Formerie (Oise)
2 maisons passives, Oise, 2 x 135 m2Entreprise : Les Airelles
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16
30
Rsultats des simulations, hiverRsultats des simulations, hiver
Variation des besoins de chauffage enfonction de lpaisseurdisolation
6 kWh/m2/an
Besoins annuels de chauffage
0
10
20
30
40
50
60
70
80
RT2005 Maison passive
kWh/
m2
Comparaison la rfrence RT2005avec la mme gomtrie
Chauffage 19C
31
Rsultats des simulations, t (canicule 2003)Rsultats des simulations, t (canicule 2003)
Tempratures en priode caniculaire,degrs-jours >27Cdiviss par 2 avec le puits canadienClimatisation :
2,5 kWh/m2
40C
34C
Modlisation dupuits canadien
31,5Cavec le puits
sans climatisation :
-
17
32
Rsultats de lanalyse de cycle de vieRsultats de lanalyse de cycle de vie
0100200300400500600700800
RT2005 maisonpassive
tonn
es d
e C
O2
dmolitionrnovationfonctionnementconstruction
2 maisonsSur 80 ans
Comparaison la rfrenceRT2005 avecchauffage gaz
0
2
4
6
8
10
12
14
16
18
20
RT2005 maison passive
dm3
de d
che
ts ra
dioa
ctifs
0
50
100
150
200
250
300
350
400
450
RT2005 maison passive
0,0
0,2
0,4
0,6
0,8
1,0
1,2
RT2005 maison passive
ann
es d
e vi
e pe
rdue
sIntrt de lnergie positive
33
Btiment HLM MontreuilBtiment HLM Montreuil
Construction : 1969, non isol, simple vitrageConstruction : 1969, non isol, simple vitrageBesoins de chauffage : 160 kWh/m2/anBesoins de chauffage : 160 kWh/m2/an
-
18
34
Analyse du site, exposition des faadesAnalyse du site, exposition des faades
Cette faade se prte-t-elle la valorisation solaire ?
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Etude des masques, exposition des faadesEtude des masques, exposition des faades
Juin
Dcembre
azimut, 0 = sud90 = ouesthauteur
0 = horiz.90 = vert.
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19
36
Evolution des vitragesEvolution des vitrages
-400
-300
-200
-100
0
100
200
simple
vitra
ge
doub
le vit
rage
couc
he du
re
couc
he te
ndre
argon
triple
vitrag
emu
r
kWh/
m2/
an
gains kWh/m2pertes kWh/m2
37
Rsultats de lanalyse thermiqueRsultats de lanalyse thermique
40
60
80
100
120
140
160
180
0 2 4 6 8 10 12 14
paisseur d'isolant (cm)
beso
ins
de c
hauf
fage
(kW
h/m
2/an
) simple vitrage
double vitrage
vitrage basse missivit
balcon vitr
-
20
38
Orientation des faadesOrientation des faades
Faade sudFaade sud Faade ouestFaade ouest
39
Et 2003Et 2003
August 1-14 2003
05
101520253035404550
0 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14
days
tem
pera
ture
s (C
)
OutdoorBalconyLiving roombedroom
-
21
40
Epaisseur disolationEpaisseur disolation
0
2000
4000
6000
8000
10000
12000
14000
0 10 20 30 40 50
insulation thickness (cm)
CO
2 em
issi
ons
(tons
)
constructionoperationtotal
41
Rsultats de lanalyse de cycle de vie, outil EQUERRsultats de lanalyse de cycle de vie, outil EQUER
00.20.40.60.8
1
GJENERGY
m3WATER
E-9RESOUR.
t eqWASTE
dm3RADWASTE
t CO2GWP100
kg SO2ACIDIF.
kg PO4EUTROP.
m3ECOTOX-W
kgO3-SMOG
Mm3ODOUR
Montreuil beforeMontreuil renoMontreuil euroMontreuil wood
EQUERBuilding life cycle simulation tool
-
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42
Btiment aprs rnovationBtiment aprs rnovation
Besoins de chauffage rduits de 32%Besoins de chauffage rduits de 32%
43
Projet europen SOLANOVA, HongrieProjet europen SOLANOVA, Hongrie
Ventilation double fluxTraitement des ponts thermiquesConsommation de chauffagemesure : 39 kWh/m2/an(rduction dun facteur 4)
-
23
44
Projet europen eProjet europen e--coco--housinghousing
Montreuil (arch. J. Brl)
Trondheim (Norvge)
45
00,20,40,60,8
11,2
ENERGY 3,79E+05 GJ
WATER 8,09E+05 m3
RESOURCE 1,93E+02 E-9
WASTE 2,27E+04 t eq
RAD. WASTE 7,64E+02 dm3
GWP100 1,04E+04 t CO2
ACIDIF. 2,20E+04 kg SO2
EUTROPH. 3,63E+04 kg PO4
ECOTOX-W 8,28E+07 m3
HUM-TOX. 5,99E+04 kg
O3-SMOG 1,16E+04 kg C2H4
ODOUR 1,34E+05 Mm3
StandardBasicImproved
Comparaison Comparaison dd alternativesalternatives
ARIADNEARIADNE ALCYONE COMFIE EQUER ARIADNE
Projet Besoins de chauffage KWh/m2/an
Energie primaire GJ/m2/an
Emissions de CO2 kg CO2/m2/an
Svartlamon 60 0.78 4 Montreuil 50 1.25 30 Dunaujvaros 30 0.93 35
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46
Exemple dapplication : Lyon ConfluenceExemple dapplication : Lyon Confluence
lots A, B etC, environ 60000 m2 delogements et15 000 m2 debureaux, 70000 m2despacesverts, rues,quais
Quelle est la performance environnementale de ce projet, pourrait-on lamliorer ?
47
Dmarche adopteDmarche adopte
Standard actuel : rglementation thermique, matriaux et techniques usuels
Projet, selon les objectifs du programme europen CONCERTO : RT 2000 40%, 80% de chaleur et 50% dlectricit (parties communes) par ENR
Meilleures pratiques : sur-isolation, triple vitrage, traitement des ponts thermiques, double flux ( maisons passives )
-
25
48
Modlisation des btiments, logiciel ALCYONEModlisation des btiments, logiciel ALCYONE
www.izuba.fr
plans par niveaux
-> vue 3D
49
3 lots, 20 btiments3 lots, 20 btiments
Prise en comptedes masquesgnrs par lesbtiments adjacents
-
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50
Rsultats de lanalyse thermique, logiciel COMFIERsultats de lanalyse thermique, logiciel COMFIE
05
101520253035404550
Standard Base Meilleures PratiquesBes
oins
de
chau
ffage
en
kWh
/ m.a
n
Moyenne sur lensemble des btimentsVariation de 1 3 selon larchitecture(btiments 1 et 10 de llot B, mmes technologies)
51
Principales hypothses de lanalyse de cycle de viePrincipales hypothses de lanalyse de cycle de vie
Variante standard chauffe au gaz, 80% bois et 20% gaz dans les 2 autres variantes
lectricit du rseau en standard, 50% photovoltaque dans les 2 autres variantes
40% dconomie deau et 40% ECS solaire
clairage public au sodium
Quais et dalle ouest de llot C plus permables
Rtention de 90% des eaux pluviales, utilisation pour larrosage des espaces verts
-
27
52
Rsultats de lanalyse de cycle de vieRsultats de lanalyse de cycle de vie
Base : impacts environnementaux rduits saufco-toxicit et toxicit humaine (chaudire bois)Meilleures pratiques, rduction de tous les impacts
53
ConclusionsConclusions
Pas de HQE sans performance nergtique, intrt des ENR
Matriaux deviennent importants (30 kWh/m2), valuation par bilan sur le cycle de vie
Quelques outils, incertitudes, encore peu de donnes franaises fiables
Sant : encore plus de lacunes
Intgrer des niveaux de performance dans les programmes, ex. Lyon Confluence (CO2 et dchets radioactifs)
-
28
54
BibliographieBibliographie
La maison des ngawatts, T. Salomon et S. Bedel, Terre Vivante, 1999
Guide de lhabitat sain, S. et P. Doux, Medieco, 2004
Larchitecture cologique, Dominique Gauzin-Mller, Ed. Le Moniteur, 2001
Guide de larchitecture bioclimatique (tomes 1 5), ObservER, 1996-2003
Eco-conception des btiments et des quartiers, B. Peuportier, Presses de lEMP, 2008
55
Training for Renovated Energy Efficient Social housing (TREES)
site web : http://www.cep.ensmp.fr/trees/
Matriel pdagogique (transparents et textes) :- Techniques (isolation, vitrages, ventilation, solaire, quipements)- Outils (calculs thermiques, ACV, cots)- Etudes de cas (Allemagne, Sude, Norvge, Pays Bas,Hongrie et France)
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