Batiment Basse Consomation

Les bâtiments à basse consommation (BBC)

Une révolution technique et culturelle ?

En France, le bâtiment est responsable d’environ 40 % de l’énergie consommée et 25 % des émissions de Gaz à Effet de Serre (GES), CO2 essentiellement. Un des enjeux clé pour contenir la dérive climatique est de diviser par 4 (« facteur 4 ») d’ici 2050 ces émissions de GES et donc de baisser de façon conséquente les consommations d’énergie dans ce secteur.

Le Grenelle de l’environnement a clairement montré que le chemin pour y parvenir passe par une forte accélération de la réglementation thermique dans les prochaines années, afin que tous les nouveaux bâtiments construits ou réhabilités aient un niveau de consommation d’énergie très bas, et soient même, à terme, à énergie positive, c’est-à-dire produisent plus d’énergie qu’ils en consomment.

Des pionniers en France et à l’étranger ont commencé à construire ce type de bâtiments, et leurs premiers retours d’expérience sont précieux pour tous ceux qui souhaitent s’engager dans des projets basse consommation. Volonté politique, organisation, méthodologie, pratiques de conception et de construction : beaucoup de nouveautés et d’innovations doivent être intégrées, de coûts maîtrisés, et ceci, tant dans les domaines du bâti que de ceux des techniques de chauffage, de ventilation, d’éclairage...

Les ingénieurs et les architectes qui sont tous concernés, devront avancer ensemble, très en amont et différemment, pour répondre aux nouvelles exigences : le confort des utilisateurs en hiver comme en été, la lumière naturelle, et la réduction de la consommation d’énergie.

Le suivi fin des études et du chantier pour faire en sorte que la qualité soit au rendez-vous, la mesure dans le temps des résultats obtenus, sont autant d’impératifs pour avancer et progresser.

Ce guide a pour objectif de donner à tous les intervenants dans l’acte de construire, quelques points de repère, de les accompagner dans le lancement de cette nouvelle génération de travaux, où matière grise et travail collaboratif seront le fil directeur. Il traite des consommations énergétiques soumises à la réglementation thermique française – consommations liées au chauffage, à la production d’eau chaude sanitaire, à la ventilation, à l’éclairage et au refroidissement – dans les bâtiments à usage d'habitation (logements collectifs ou individuels) et tertiaires (écoles, bureaux, crèches ...).

l Définition

Le bâtiment basse consommation (BBC) est défini par l'arrêté du 8 mai 2007 relatif au contenu et aux condi- tions d'attribution du label «haute performance éner- gétique».

Les bâtiments à usage autre que d'habitation sont considérés BBC lorsque la consommation convention- nelle d'énergie primaire du bâtiment pour le chauffage, le refroidissement, la ventilation, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage (calculée selon les règles THC-E) est inférieure, ou égale, à 50 % de la consom- mation conventionnelle de référence, définie à l'article 9 de l'arrêté du 24 mai 2006 relatif à la réglementation thermique 2005 (cf. annexe 1).

Pour les bâtiments d'habitation l'objectif de perfor- mance BBC est fonction de la zone climatique et de l'al- titude. La consommation conventionnelle (selon la RT 2005) d'énergie primaire du bâtiment pour le chauf-

l Comment s'expriment les consommations ?

1. Les consommations s’expriment en kWh d'éner- gie primaire.

L'énergie primaire est l'énergie nécessaire pour fournir l'énergie finale que nous consommons. L'énergie primaire correspond à des produits énergé- tiques dans l’état (ou proches de l’état) dans lequel ils sont fournis par la nature : charbon, pétrole, gaz natu- rel ou bois.

Pour la production d’électricité, la comptabilisation en énergie primaire est plus complexe :

fage, le refroidissement, la ventilation, la production d'eau chaude sanitaire et l'éclairage doit être inférieure à 50 kWhep/m2/an pondéré d’un coefficient géogra- phique (cf. annexe 1, D page 26).

Le label BBC peut être obtenu grâce à des combinai- sons bâti/équipements qui permettent d’atteindre les seuils de performances indiqués.

Effinergie est le référentiel français pour les bâti- ments basse consommation. Ses champs d'applica- tion portent sur les logements dont la consommation d'énergie primaire pour le chauffage, l'eau chaude sa- nitaire, l'éclairage, la climatisation et la ventilation ne dépasse pas 50 kWhep/m2/an. Les logements anciens pourront également être labellisés s'ils ne franchissent pas le seuil de 80 kWhep/m2/an, alors que les immeubles tertiaires, quant à eux, devront afficher une perfor- mance énergétique inférieure de 50 % aux valeurs fixées dans le cadre de la réglementation thermique ac- tuellement en vigueur (RT 2005).

   La production d’électricité par l’hydraulique (ainsi que l’éolien et le photovoltaïque), est comptabilisée directement en kWh d’énergie primaire,

   Pour la production d’électricité par des centrales thermiques (nucléaires et autres), on comptabilise, en sus du kWh électrique produit, les pertes calorifiques liées à la transformation de chaleur en électricité. La moyenne du rendement énergie électrique finale produite / énergie primaire consommée d’une cen- trale est compris, suivant l’âge de l’installation, entre 35 et 40 %. 
En France les équivalences énergie finale/énergie primaire sont données par l’arrêté du 24 mai 2006, (article 35) et sont les suivantes :

Énergies

Pouvoir calorifique inférieur (PCI)

Rapport Énergie primaire/PCI

 

Unité

Gaz naturel

8 à 12

kWh/m3 (n)*

1

Propane

13 800

kWh/tonne

1

Butane

12 780

kWh/tonne

1

Fioul domestique

9,97

kWh/litre

1

Bois (plaquettes forestières à 25 % d'humidité)

3750

kWh/tonne

1 (0,6**)

Électricité

 

 

2,58

* m3 (n) signifie normal m3 soit un m3 de gaz dans les conditions normales de températures et de pression (0°C et pression atmosphérique) ** Pour les bâtiments BBC, le coefficient de conversion en énergie primaire pour le bois tient compte du caractère renouvelable de cette source

d’énergie (arrêté du 8 mai 2007, article 5-c).

 

 

2. Les consommations sont généralement rame- nées au mètre carré de surface hors œuvre nette de bâtiment (SHON) ou de surface utile (SU). Attention, la surface de référence peut varier selon la réglementation :

• SHOB (surface hors œuvre brute) : surface égale à la somme des surfaces de planchers de chaque niveau de construction (épaisseur des murs comprise),

• SHON (surface hors œuvre nette) : surface obtenue

l Évolution des consommations

Les objectifs de réduction de la consommation d’énergie en matière de construction et de rénovation du bâti sont ambitieux, au vu de l’état actuel du parc et des habitudes des entreprises du BTP.

* Consommation exprimée en kWh d’éner- gie primaire par rapport à la surface hors œuvre nette (SHON) et incluant chauf- fage, rafraîchissement, ventilation et eau chaude sanitaire.

l Perspectives réglementaires

Les mesures retenues lors du Grenelle de l'environne- ment, en octobre 2007, ainsi que le projet de loi réfé- rent, pour lutter contre les changements climatiques et la maîtrise de la demande d'énergie, laissent présager l'arrivée de profondes réformes réglementaires dans le secteur du bâtiment :

A) Programme de rupture dans le neuf, vers des bâtiments à « énergie positive » (bâtiments qui produi- sent plus d'énergie, à partir de sources renouvelables, qu'ils n'en consomment) :

• la norme « bâtiment basse consommation »

s’applique à toutes les constructions neuves faisant l’objet d’une demande de permis de construire déposée à compter de la fin 2012, et par anticipa- tion, à toutes les constructions neuves de bâtiments publics et tertiaires à compter de fin 2010,

• la norme « bâtiment à énergie positive » s’ap- plique à toutes les constructions neuves faisant l’ob- jet d’une demande de permis de construire déposée à compter de la fin 2020.

De plus le parc de logements neufs construits dans le cadre du programme national de rénovation urbaine prévu par la loi n°2003-710 du 1er août 2003 respecte par anticipation la norme « bâtiment basse consommation ».

à partir du SHOB par déduction des surfaces de planchers hors œuvre des combles et sous-sols non aménageables, des parkings, des toitures terrasses, balcons, loggias, ainsi que les surfaces non closes situées en rez-de-chaussée,

• SU (surface utile) : surface égale à la somme des sur- faces intérieures des locaux ne prenant pas en compte les circulations verticales et horizontales, les paliers d'étage, les locaux techniques, l'encombrement de la construction.

 

BBC

B) Lancement d'un chantier sans précédent de rénovation thermique des bâtiments existants :

• pour les bâtiments publics : la rénovation de l’en- semble des bâtiments d’ici 2012 et le traitement à cette échéance des surfaces les moins économes énergétiquement. Cette rénovation aura pour objec- tif, selon un programme adapté aux spécificités de chaque administration et établissement public, de ré- duire d’au moins 40 % les consommations d’énergie et d’au moins 50 % les émissions de gaz à effet de serre de ces bâtiments dans un délai de dix ans,

• pour le parc de logements sociaux : la rénovation thermique à terme de l’ensemble du parc, en com- mençant avant fin 2020 par 800 000 logements sociaux dont la consommation énergétique est supérieure à 230 kWh d’énergie primaire par mètre carré et par an. L’objectif est de ramener leur consom- mation annuelle à des valeurs inférieures à 150 kWh d’énergie primaire par mètre carré et par an.

lancement d'un grand plan de formation profes- sionnelle pour répondre aux besoins spécifiques de la rénovation thermique.

C) Engagement d'un plan volontariste d'éco-quar- tiers impulsé par les collectivités territoriales : au moins un éco-quartier avant 2012 dans toutes les communes ayant des programmes de dévelop- pement de l'habitat.

l La conception architecturale

Compacité du bâtiment

La compacité d’un bâtiment représente le rapport entre le volume habitable et l’ensem- ble des surfaces de déperdi- tion. Les pertes sont donc d’autant plus réduites que ces surfaces sont optimisées par rapport au volume habitable. La réduction des décrochés de façades et l’optimisation de la compacité du bâtiment sont les clés de la réussite d’un pro- jet sur le plan énergétique.

(Source : Pour une amélioration de la performance énergétique des logements neufs, MRW (Ministère de la Région wallonne), édition 2004).

Le travail d’optimisation de la compacité va de pair avec une bonne répartition des pièces à l’intérieur d’un bâtiment. Les zones type garages, serres, circulation... doivent être réparties afin de créer des espaces tampons entre les locaux chauffés et l’extérieur, si possible au nord pour les locaux de services.

l L’enveloppe du bâtiment Modes constructifs et isolation

Plusieurs types de modes constructifs permettent d’atteindre le label BBC :

   solution classique d’isolation extérieure ou intérieure. Sachant que dans le cas d’une isolation par l’intérieur, les ponts thermiques peuvent représenter une forte part des déperditions (voir paragraphe sur les ponts thermiques), cette solution sera plutôt réservée au cas de réhabilitation,

   la construction sans isolation rapportée – exemple : solutions à isolation répartie, briques en terre cuite en 50 cm d’épaisseur : U = 0,26 W/m2.K, 
•la construction bois dont les avantages sont équivalents à ceux de la construction à isolation répar- tie, avec un avantage supplémentaire, la fabrication d’une maison en bois nécessite 10 fois moins d’énergie que celle d’une maison « conventionnelle ». 
Le tableau indique l’épaisseur des principaux isolants à mettre en œuvre pour obtenir un coefficient R de 4 m2.K/W. (rappel : R=1/U), ce coefficient est le minimum à respecter pour les murs et le plancher bas dans une construction BBC.

Surfaces vitrées et orientation

Le soleil fournit lumière et chaleur. Une orientation adaptée du bâtiment peut permettre d’en bénéficier et de réduire ainsi les consommations énergétiques. Il convient de :

• limiter les surfaces vitrées aux alentours de 1/6 de la surface habitable,

• orienter la majorité des vitrages au sud pour capter les apports solaires en hiver,

• optimiser la nature des vitrages pour :
- bénéficier des apports solaires en hiver, - réduire les déperditions en hiver,
- éviter les surchauffes l’été,

• protéger les façades en installant :

-sur les façades exposées au sud des protections fixes (auvents, débords) qui suppriment le rayonnement en été (soleil haut sur l’horizon), mais captent les apports solaires en hiver (soleil bas sur l’horizon),

- sur les façades ouest des protections mobiles (volets, stores à lames orientables).

Type d'isolant

Épaisseur en cm

Polyuréthane

12

Polystyrène extrudé

14

Laine de roche

16

Laine de verre

16

Laine de lin

16

Liège expansé

16

Laine de bois

17

Chanvre en vrac

18

Laine de mouton

18

Polystyrène expansé

18

Le tableau ci-dessous illustre la comparaison entre les valeurs de résistance thermique R (en m2.K/W), de

référence de la RT 2005, et un exemple d’une construc- tion basse consommation.

Parois

RT 2005 (zone H1 H2 et H3 > 800m)

Label BBC

 

R

Equivalent en cm de laine de roche

R

Equivalent en cm de laine de roche

Murs en contact avec l’extérieur

2,78

10

4,3

16

Autres planchers hauts et toitures

5

20

6-7

30

Planchers hauts sur extérieur

3,7

15

6-7

30

Planchers bas

3,7

15

4,3

30

Confort d’été

Les bâtiments sur-isolés sont sujets aux surchauffes estivales selon un effet « thermos ». D’où la nécessité de :

• réduire de manière drastique les apports de chaleur dans le bâtiment :

            -  les apports solaires par des occultations efficaces,

            -  les apports internes provenant des consomma- tions électriques, de l’utilisation d’ECS, etc., cequi entraîne une diminution des consommations d’électricité. • stocker (inertie) En hiver et en demi-saison, lors d’une journée bien en- soleillée, une forte inertie (courbe rouge) permet d’em- magasiner les apports solaires et de décaler le pic de température intérieure plus tard dans journée, quand la température extérieure est plus basse. Mais une faible inertie (courbe verte) n’amortit que très peu le pic de température intérieure, qu’il ne retarde que de quelques heures. L’inertie thermique agit donc comme une régulation naturelle du climat intérieur, (Source : Pour une amélioration de la performance énergétique des logements neufs, MRW, édition 2004)

• évacuer les apports stockés dans la structure du bâtiment, de préférence par la ventilation naturelle nocturne, c’est-à-dire en ouvrant les fenêtres la nuit, ce qui implique que la disposition des pièces permette un brassage d’air suffisant. La ventilation mécanique est déconseillée, mais si elle doit être utilisée, les consommations électriques du ventilateur doivent entrer dans le bilan énergétique,

• rafraîchir avec des solutions à basse consommation d’énergie (brasseur d’air), si les dispositions précé- dentes ne permettent pas d’obtenir un confort d’été suffisant.

Menuiseries et occultations solaires

Les déperditions par les fenêtres sont importantes car la résistance thermique d'une fenêtre peut être dix fois plus faible que celle d'un mur. Voici les éléments à privilégier :

    

Lame de gaz

Uw coefficient
de la menuiserie (vitrage + ouvrant + dormant < 1,6 W/m2.K
pour du BBC)

Ug coefficient du vitrage < 1,1 W/m2.K pour du BBC)

  

 

•le bois : les menuiseries bois avec parement aluminium offrent tous les avantages (si PVC et bois ont un très bon rapport performance/prix, le recyclage du PVC constitue un handicap),

• une lame d'air épaisse, le double vitrage comprend deux vitres de verre entre lesquelles est enfermée une lame de gaz (argon, voire krypton) qui rend le vitrage isolant. Un triple vitrage (3 vitres, 2 lames d'air) est encore plus isolant, mais, au-delà de 16 mm d’épaisseur de la lame de gaz, il n’y a plus d’isolation supplémentaire,

• des vitrages peu émissifs, à savoir des vitres recouvertes d’une pellicule ultra mince, invisible à l’œil nu, qui arrête les infrarouges, car les infrarouges sont la chaleur,

•pourquoi pas un label, pour les menuiseries avec Label *Acotherm, exiger l’étiquetage « Th 9 » ou « Th10 » voir « Th11 »,

Le label ACOTHERM garantit les performances acous- tiques et thermiques des fenêtres en tenant compte à la fois de la menuiserie et du vitrage (tous matériaux confondus)

• un bon coefficient d’isolation, on préconise un coefficient Uw de valeur inférieure ou égale à 1,6 W/m2°C, ce qui correspond à l’isolation de la fenêtre complète (vitrage + ouvrant + dormant), à ne pas confondre avec le coefficient d’isolation Ug du vitrage seul (Ug < Uw). Le coefficient Ug est toujours inférieur au Uw. Les fenêtres à triple vitrage ont un coefficient Uw inférieur à 1 W/m2°K. La RT 2005 impose pour le Uw une valeur maximum de 2,6 W/m2°K. Dans les constructions performantes les coefficients Uw sont proches de 1 W/m2°C,

• un bon facteur solaire moyen (Sw), le facteur solaire exprime la proportion d’énergie solaire transmise dans le bâtiment à travers le vitrage, un fac- teur solaire de 0.42 laisse passer 42 % de l’énergie du soleil. Le maximum théorique de 1 correspondant à l’absence de vitrage. Le facteur solaire moyen doit être maximisé (0.6 double vitrage, 0.5 triple vitrage), sauf pour certains bâtiments tertiaires si le confort d’été exige des vitrages de contrôle solaire.

Nota : ne pas hésiter à demander à l’installateur des menuiseries de fournir, dans ses mémoires de travaux, les performances thermiques des menuiseries (utile pour le dépôt des CEE)

Principaux ponts thermiques à traiter :

   les jonctions avec la toiture

   les jonctions avec les menuiseries

   les jonctions avec les planchers intermédiaires et bas

   les poutres sur parking Ces ponts thermiques doivent être limités en concep- tion, en s’attachant à avoir une « frontière » d’isolant autour du bâtiment.

Classe Th

Menuiserie Uw en W/m2.K

Th6

2,6 < U < 2,2

Th7

2,2 < U < 2,0

Th8

2,0 < U < 1,8

Th9

1,8 < U < 1,6

Th10

1,6 < U < 1,4

Th11

1,4 <

Ponts thermiques

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Étanchéité à l’air

Assurer un bon niveau d’étanchéité à l’air dans un bâtiment consiste à maîtriser les flux d’air qui circulent à travers les orifices volontaires (bouches de ventilation et entrées d’air) et à limiter les flux incontrôlés pouvant causer pathologies, inconfort, et gaspillage d’énergie.

On peut distinguer cinq enjeux principaux liés à l’étanchéité à l’air :

• l’hygiène et la santé (qualité de l’air intérieur), • le confort thermique et acoustique,
• la facture énergétique,
• la conservation du bâti.

Dans un bâtiment peu étanche à l’air, le volume d’air infiltré peut être équivalent à celui introduit mécaniquement !

Traiter le problème de l’étanchéité à l’air du bâtiment revient à s’attaquer à tous les points sensibles de manière transversale sur l’ensemble des lots techniques et non techniques, à savoir :

les liaisons façade plancher,

les menuiseries extérieures (seuils de porte, liaisons en linteau, appuis, tableaux...),

les équipements électriques (interrupteurs et prise de courant sur parois extérieures),

les trappes et éléments traversant les parois (trappes accès comble gaine électriques).

Test de la porte soufflante : Pour l’obtention du label BBC, un test de la porte soufflante doit obligatoirement être réalisé. Le principe consiste à remplacer un des ou- vrants de l’enveloppe par un dispositif parfaitement

étanche, comportant une ouverture connectée à un ventilateur de vitesse varia- ble. L’équipe technique peut ainsi mesurer le vo- lume d’air aspiré ou ex- pulsé par les endroits non étanches du bâtiment, ceci sous des conditions de pression variables. Le cri-

tère déterminant est le flux d’air en m3 par heure, indi- qué par les instruments de la soufflerie.

Une fois les mesures effectuées, il est possible de visua- liser les points de fuite à l’aide d’une poire à fumée.

On trouve sur le site www.effinergie.org des informa- tions sur les entreprises capables d’effectuer ce genre de test.

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l La ventilation

Des études (ADEME) montrent que dans les logements mal ventilés, l’air intérieur peut être plus pollué que l’air extérieur. La ventilation est donc une priorité, à condition de limiter les déperditions de chaleur par l’utilisation de systèmes performants.

Système double-flux

Grâce à un échangeur de chaleur entre l'air du bâti- ment et l'air frais, appelé centrale double flux (cf schéma), on réchauffe l’air frais avec la chaleur de l’air évacué, sans mélanger les flux. On peut récupérer jusqu’à 90 % des calories extraites, à condition que le bâtiment soit étanche à l’air, car tout l’air neuf entrant doit passer par l’échangeur de chaleur.

Elle permet par ailleurs une filtration des polluants et allergènes provenant de l’extérieur (particules, pollens...) et élimine les problèmes de bruit liés aux ou- vertures dans les fenêtres des systèmes de ventilation classiques. La qualité des ventilations double flux peut être variable : il faut choisir un produit présentant une bonne efficacité de récupération de l’échangeur (plus de 70 % pour des bâtiments tertiaires), avec des mo- teurs à faible consommation d’énergie (à courant continu...)

La modulation des débits de la ventilation peut se faire en fonction d’une détection de présence, du taux d’humidité, du taux de CO2... Une réflexion sur l’usage des locaux doit être menée pour choisir la meilleure solution de régulation et de systèmes de ventilation

indépendants ou non (occupation intermit- tente, nombre d’occupants variable ou non ...)

Il faut prévoir d’éviter le passage dans l’échan- geur pour la ventilation nocturne en été.

La récupération de chaleur peut également s’ef- fectuer au moyen de pompes à chaleur permettant le transfert de chaleur entre l’air ex- trait et l’air insufflé. Ces installations sont plus complexes, plus coûteuses, mais autorisent d’importantes économies de fonctionnement.

Source : http://www.energelio.fr/

Puits canadien : refroidissement/réchauffement passif

Le puits canadien, ou puits provençal, permet de réduire la température de 5 à 8° C en pé- riode de canicule, avec une consommation électrique dérisoire. Il diminue aussi la consom- mation de chauffage l'hiver. C’est un système géothermique de surface, basé sur le simple constat que la température du sol à 2 m de profondeur est à peu près constante, environ 17° C en été et 4° C l'hiver. Il sert surtout de climatisation naturelle, mais son installation nécessite une étude sérieuse, par un bureau d’études spécialisé, et implique des travaux de terrassement importants.

 

Source : http://www.batirbio.org/

l Le chauffage

La production de chauffage, d'eau chaude sanitaire ou d'électricité à partir d'énergies renouvelables, va de pair avec une utilisation rationnelle de l'énergie.

Dans les chaudières à condensation, la chaleur résiduelle contenue dans les gaz d'échappement est récupérée sous forme de vapeur d'eau par voie de condensation.

Elles comportent un ou plusieurs étages et la combus- tion peut être modulable. Leur rendement peut dépas- ser les 109 % (sur PCI, pour 40/30° C et 30 % de charge).

La température du retour est un facteur clé pour la bonne récupération de la chaleur latente de la vapeur contenue dans les gaz de combustion. D’où l’impor- tance du choix d’un régime de température compatible avec le choix de la condensation. Il existe des méthodes astucieuses pour récupérer très efficacement la conden- sation :

   préchauffage de l’ECS,

   régime de chauffage basse température (60-45 ou 50-40),

   retour dit « froid » et retour dit « chaud », les retours les plus froids permettant
de récupérer la condensation. Le marquage CE, obtenu sur la base de la conformité aux directives européennes est en application depuis 1988, et la Directive Rendements 92/42 définit la valeur nominale de rendement à respecter, non seule- ment à la pleine puissance de l'appareil, mais aussi à charge partielle à 30 % de la puissance nominale.

Bois énergie

Le bois énergie constitue un élément important de développement durable, à condition d'utiliser des appareils performants et bien entretenus, et du bois de qualité.

Source : ADEME

Aujourd'hui, les différents modèles de chaudières à bois permettent de brûler des combustibles secs ou hu- mides. Ils sont équipés de systèmes d'alimentation et de décendrages automatiques. De plus, I'électronique contrôle et optimise la combustion pour garantir des rendements élevés et le respect des normes anti-pollu- tion. Les besoins de surveillance et d'entretien s'en trou- vent réduits (cf www.itebe.fr).

Pompes à chaleur (PAC)

Le principe de fonctionnement d'une PAC est identique à celui d'un réfrigérateur.

Alors qu'un réfrigérateur évacue ses calories pour rafraîchir son atmosphère, la pompe à chaleur va chercher les calories d'une source froide (air extérieur, sol, nappe phréatique) pour les injecter à l’intérieur du volume à chauffer.

On définit l'efficacité ç d'une PAC (son « COP ») par le rapport de l'énergie « utile » , la chaleur restituée (pour le chauffage), sur l'énergie coûteuse, le travail fourni à la PAC (électricité).

Il existe plusieurs types de pompes à chaleur : eau/eau, air/eau, air/air...

Le premier terme désigne l’origine du prélèvement, le second, le mode de diffusion de la chaleur (soufflerie, circuit d’eau chaude, plancher chauffant avec fluide frigorigène).

Plus la source contenant l’énergie à prélever (sol, air, nappe phréatique) est stable et proche de la tempéra- ture de consigne, plus la performance (COP) de la PAC est élevée.

Le coefficient de conversion en énergie primaire de l’électricité étant, en France, de 2,58 (cf. §1 page 6), celà signifie que si le COP annuel de la pompe à chaleur (comprenant les auxiliaires) est inférieur à 2.58, la per- formance du système de chauffage sera inférieure à celle d’une chaufferie gaz.

Les pompes à chaleur air/eau dont le COP ne dépasse pas 2.2 pendant les périodes les plus froides de

Exemple de captage sur sol

l’année permettent plus difficilement d’atteindre les performances du label BBC dans le neuf, hors couplage avec des apports solaires complémentaires (ECS ou chauffage).

Sources : www.pac.ch, www.hespul.org

l Systèmes innovants Système combiné capteur

solaire + pompe à chaleur

Grâce à l'association d'un cap- teur solaire non vitré et d'une pompe à chaleur, ce système permet de produire de l'eau chaude sanitaire en réunissant les avantages des deux techno- logies.

Le Conseil général du Nord a installé dans une dizaine de collèges une PAC eau/eau qui fournit l’eau chaude sanitaire des élèves en demi-pension, avec un taux de couverture des besoins par les capteurs solaires avoisi- nant 55 %, le reste est couvert par la PAC et un appoint d’envi- ron 10 %. Le COP moyen annuel est de 3.

De nombreux systèmes innovants émergent sur le marché, on peut notamment citer les pompes à chaleur sur l’air extrait, celles récupérant l’énergie

Régulation

Une régulation performante est la meilleure façon de consommer peu.

Elle permet en premier lieu de respecter les tempéra- tures de consignes (+19°C), point fondamental de la consommation du poste chauffage.

En effet, les déperditions énergétiques d’un bâtiment sont fonction de ses caractéristiques thermiques pro- pres et augmentent avec l’écart de température entre intérieur et extérieur (pour un passage de 19 à 20 °C, l’augmentation est d’environ 7 % de ces déperditions pour une température extérieure moyenne de 5°C).

On note également que dans un bâtiment basse consommation (comme pour un bâtiment traditionnel), +1°C sur la température de consigne conduit à élargir la période de chauffage et donc la consommation de chauffage.

* Détail des calculs : +1°C de la température de consigne conduit à +1°C sur le delta moyen de température entre intérieur et extérieur. Pour une température moyenne extérieure sur l'hiver de 5°C, 1°C sur la température de consigne conduit effectivement à + (1 - (20-5)/(19-5)) = 7 % d'augmentation des déperditions totales.

des eaux usées pour produire l’eau chaude sanitaire, la microcogénération...

L’avis du bureau d’études AMOES

Dans un bâtiment à basse consommation d’énergie, 1°C supplémentaire de température de consigne induit une surconsommation d’énergie de 10 % à 15 % suivant l’usage du bâtiment (et non de 7 % comme pour les bâtiments RT 2005).

S’assurer du respect de la température de consigne est l’une des clés de la réalisation d’un bâtiment BBC. Pour y arriver, deux points sont indispensables :

    La mise en place d’une régulation primaire basée sur la température extérieure et d’une régulation terminale zone par zone, pour profiter des apports in- ternes et solaires. Pour obtenir une régulation terminale fine, on préférera les moteurs électrother- miques aux robinets thermostatiques dont l’efficacité limitée ne permet pas de profiter des apports solaires et internes.

    La sensibilisation des usagers au respect de la tempé- rature de consigne de 19°C. En effet, pour deux degrés de consigne supplémentaire, un bâtiment BBC aura au mieux les mêmes performances qu'un bâtiment RT2005 -30 % (soit 5 % de mieux que le label THPE), et les efforts portés sur l'enveloppe et les systèmes seront mal valorisés.

l Dimensionnement

Un dimensionnement précis des installations de production d’énergie est indispensable pour assurer un bon fonctionnement et des économies d’énergie importantes. Il est notamment indispensable de ne pas surdimensionner les installations de production de chauffage. Sauf cas particulier, une chaudière surdi- mensionnée aura un rendement médiocre et incompa- tible avec les objectifs BBC.

De plus ces surdimensionnements engendrent des surcoûts inutiles, alors que c’est précisément dans

l L’eau chaude sanitaire (ECS)

L’ECS peut représenter plus de 50 % des consomma- tions en énergie primaire d’un bâtiment performant. C’est un point très sensible à prendre en compte dès la conception du bâtiment.

Réduire les besoins à la source constitue le moyen le plus simple de limiter les consommations d’énergie liées à l’ECS. Plusieurs solutions existent :

des temporisateurs, limiteurs de débit auto- régulés (4l/min) au nez des lavabos et éviers,

les douchettes économes (venturi, turbulence...) à 7 l/min,

installer des robinets temporisés (boutons-pous- soir, détecteur de présence des mains) 
• l’information des usagers sur la part importante de l’ECS dans leur facture Production par le solaire thermique La production solaire permet d’économiser jusqu’à 50 % sur les besoins en énergie pour la production d’eau chaude. Il comprend des capteurs solaires thermiques posés en toiture, un système de circulation et de régulation et un ballon de stockage d’eau chaude. Il peut être utilisé indépendamment du système de chauffage. Pour la production d’ECS, on prévoit un mètre à un mètre carré et demi de capteurs solaires thermiques par logement en habitat collectif social, et un volume de stockage d’environ 50 litres par mètre carré de capteurs. La productivité des capteurs atteint 400 à 500kWh/an/m2, en énergie utile, et couvre 40 à 50 % des besoins annuels. L’été, la couverture des besoins est proche de 100 %, ce qui permet de ne pas utiliser la chaudière d’appoint et augmente donc sa durée de vie. Pour une installation 100 % renouvelable on peut coupler le chauffe-eau solaire avec une chaudière bois. Pour un bâtiment BBC avec des usages d’eau chaude sanitaire réguliers et continus en été, le recours à

les bâtiments BBC que l’on peut observer de fortes moins-values sur le poste chauffage. Les pompes de distribution ne doivent pas être surdimensionnées mais calculées au plus juste en fonction des caractéristiques du réseau de distribution. Il ne faut pas oublier que certaines de ces pompes fonctionnent toute l’année et que leurs consommations sont à peu près propor- tionnelles au cube du débit.

Enfin, les organes de chauffage (vannes, échangeurs, bouteille de mélange...) doivent être nécessairement isolés. Une vanne non isolée représente 1.5 m de conduite non isolée.

Source : ADEME

une installation solaire thermique est fortement recommandé.

Distribution et stockage

On veillera à limiter les points de puisage et à les regrouper autour d’une gaine technique unique, ainsi qu’à isoler les tuyaux d’ECS afin que les pertes n’excédent pas 5W/ml. Les ballons mal isolés représen- tent aussi une forte déperdition d’énergie. L’utilisation d’une résistance équivalente à 10 cm de laine de roche limite les pertes liées au stockage et les surchauffes d’été qui en découlent.

Remarque : Pour diminuer les pertes, il est possible de diminuer la température de production de l’eau chaude sanitaire. D’après l’arrêté du 30 novembre 2005 concernant la légionellose et sauf cas spécifique (établissement de santé...), il n’y a pas de minimum de température de stockage pour un volume de ballon inférieur à 400 l et un réseau de distribution qui contient moins de 3 l. Sinon la température de stockage doit être de 55°C.

 

l Les usages électriques

Les solutions pour atteindre une meilleure efficacité électrique échappent au projet d’architecture et résident principalement dans le choix des appareils. La tâche est facilitée avec les étiquettes-énergie qui informent des caractéristiques de l’appareil.

Etiquette-énergie. Source : ADEME

Dans un bâtiment tertiaire BBC, l’éclairage représente un poste de consommation important. Ainsi, il est important de viser à limiter les puissances installées à 7W/m2 (puissance des ballasts et veille des détecteurs de présence incluses), de différencier le niveau d’éclairement entre l’éclairage d’ambiance et le poste de travail et d’utiliser des lampes et une régulation performante (lampes basse consommation, éclairage direct, détecteurs de présence, détecteur crépusculaire et horloge pour l’éclairage extérieur...).

Remarque : pour l’éclairage de sécurité (BAES), les systèmes classiques ont une puissance de veille pour compenser l’auto-décharge des batteries comprise entre 5 et 7 W. Ceci représente une consommation de 60 kWh/an par bloc ; dans les bâtiments performants, ces dispositifs peuvent représenter 80 % de la consom- mation de tous les postes d’éclairage.

Certains systèmes récents ont une puissance de veille plus raisonnable de l’ordre de 1 à 2 W. (cf annexe 5)

Rappel de quelques précautions

Dans un lave-linge ou un lave-vaisselle classique plus de 80 % de l’énergie est absorbée par le chauffage de l’eau. On peut considérablement réduire cette consommation en fournissant aux appareils de l’eau chauffée non électriquement (chauffe-eau solaire, par exemple). Ceci nécessite une double entrée « eau chaude, eau froide » sur l’appareil, qui permet d’injecter directement de l’eau chaude.

Les lave-vaisselle à double entrée existent, les lave-linge sont encore peu répandus.

Outre le choix de l’appareil, son emplacement importe, il est préférable, bien sûr, de ne pas installer le réfrigé- rateur à côté du four.

Dans le secteur tertiaire, le choix des équipements bureautiques doit tenir compte de l’adaptation des performances aux besoins, et de la consommation.

Attention à la consommation en veille !

Avantages de l’énergie solaire photovoltaïque

(www.hespul.org)

L’énergie solaire photovoltaïque produit de l’électricité à partir du rayonnement solaire. Elle assure une production renouvelable et propre, exploitable aussi bien dans un village isolé qu’au centre d’une ville, aussi bien dans le Sud de la France que dans le Nord.

L’électricité, produite au plus près du lieu de consom- mation, de manière décentralisée, est facilement acces- sible au particulier.

Les systèmes photovoltaïques sont extrêmement fiables : aucune pièce mécanique n’est en mouvement, les matériaux employés (verre, aluminium) résistent aux pires conditions climatiques (notamment à la grêle), et leur durée de vie est de plusieurs dizaines d’années.

En France continentale, la voie la plus intéressante, à court terme, est celle de l'intégration dans le bâti (PRIB – photovoltaïque raccordé au réseau et intégré au bâti). Le module PV assure alors une seconde fonction (couverture étanche, verrière translucide, brise-soleil) qui justifie son coût.

 

Arrêté du 10 juillet 2006 fixant les conditions d'achat de l'électricité produite par les installations utilisant l'énergie radiative du soleil telles que visées
au 3° de l'article 2 du décret n° 2000-1196 du 6 décembre 2000

L’arrêté définit de nouvelles conditions d’achat de l’électricité produite à partir de l’énergie radiative du soleil : 30 c€/kWh pour la France continentale et 40 c€/kWh pour la Corse, les départements d’outre- mer et Mayotte, prix indexés sur l’évolution des tarifs réglementés.
Il définit par ailleurs une prime d’intégration au bâti. Cette prime vise à faciliter le développement
de composants standards de la construction neuve intégrant la fonction de production d’électricité photovoltaïque. Elle se monte à 25 c€/kWh pour les installations situées en France continentale
et à 15 c€/kWh pour celles situées en Corse, dans les départements d’outre mer et à Mayotte.

Vous pouvez accéder à l’information mise à jour :

- http://service-public.edf.com/107122i/Accueil-com/EDF-Service-public/les-obligations-dachat.html
- http://www.industrie.gouv.fr/energie/electric/f1e_elec.htm, rubrique « la production d’électricité »

l Une situation nouvelle pour les intervenants

Rôle des collectivités territoriales

Les collectivités locales sont des acteurs essentiels de la lutte pour la réduction des gaz à effet de serre (GES) :

                        -  par leurs décisions d'équipement (aménagement, urbanisme, transport...),

                        -  au titre du patrimoine qu'elles gèrent (bâtiments, éclairages publics...),

                        -  par les activités qui dépendent d’elles (transports, déchets, chauffages urbains...),

                        -  par l’exemple qu’elles fournissent. Elles contribuent d’ailleurs à produire plus de 12 % des émissions nationales de GES, soit une soixantaine de millions de tonnes éq.CO2 par an. La réalisation de bâtiments démonstrateurs à basse consommation énergétique constitue un des moyens d'atteindre, à l'horizon 2050, l'objectif de réduction d'un facteur 4 des émissions de GES et donc de réduire dans les mêmes proportions les consommations énergétiques du parc de bâtiments. Mais, il existe peu d’exemples de construction basse consommation sur le territoire national. On évoque souvent le « surcoût » d’investissement, le manque d’acteurs locaux dans le domaine ou le manque de compétences (internes ou/et externes) pour mener à bien les projets. Or la demande augmente de la part des maîtres d’ouvrage. L’engouement pour les opérations dites « passives », ainsi que les souhaits du Grenelle de l’environnement impliquent une compréhension et un savoir-faire autres. Partenaires Les collectivités territoriales peuvent disposer de sou- tiens techniques et financiers des différents partenaires institutionnels : ADEME, régions, agences régionales de l’énergie, agences locales de l’énergie, etc. Les organismes de certifications et de labellisations sont aussi des partenaires incontournables. L'association Effinergie veut démontrer que la « basse énergie » ne nécessite pas d'équipements exceptionnels et coûteux mais qu'elle peut être obtenue par l'addition harmonieuse et intelligente de la conception et des équipements. Inspirée du label allemand, PassivHaus, et du label suisse, Minergie, cette nouvelle certification pose des exigences ambitieuses qui devraient propul- ser le secteur vers l'éco-construction. Quatre organismes certificateurs reconnus par l’Etat, et accrédités par le COFRAC, vont utiliser la marque EFFINERGIE® pour la certification des BBC :

•CERTIVEA pour les bâtiments tertiaires (écoles, bureaux...), en association avec la certification NF Bâtiments Tertiaires-Démarche HQE®,

•CERQUAL pour les immeubles collectifs et les logements individuels groupés, en association avec les certifications Qualitel (confort et économie de charges) et Habitat & Environnement (confort et respect de l'environnement),

• CEQUAMI pour les maisons individuelles en secteur diffus, en association avec les certifications NF Maison Individuelle et NF Maison Individuelle démarche HQE®,

• PROMOTELEC pour les maisons individuelles, les logements individuels groupés et les logements collectifs, dans le cadre de son Label Performance.

Enfin, des associations locales travaillent au développe- ment des bâtiments basse consommation.

Montages techniques et financiers

Aides financières des collectivités :

De nombreuses Régions sont à l’initiative de démarches pour le développement de bâtiments peu énergétivores et peu émetteurs de gaz à effet de serre.

Elles agissent sur leur territoire soit directement auprès de l’ensemble des différentes typologies de maîtres d’ouvrage, soit en sollicitant les communes ou leur groupement pour des actions plus ciblées géographi- quement.

Trois aides existent et peuvent être cumulées :

• l’aide à la décision : la Région prend en charge une part importante (de 50 à 70 %) des coûts de diag- nostic,

• l’aide à l’investissement : pour des opérations exemplaires (jusqu’à 40 %),

• l’aide à la sensibilisation et à la communication

auprès de différents publics, particuliers et entreprises.

Deux exemples d’aides financières sont disponibles sur

les liens suivants :

• CR Basse-Normandie :

http://www.cr-basse-normandie.fr/aide_region_fiche. php?id=90&polit=environnement%20et%20ruralité&domaine =Economies%20d%27%E9nergie&ben=collectivit%E9s
• CR Alsace : http://sites.region-alsace.eu/energivie/menugauche/Batiments+ economes+en+energie/3.+Aides+3.htm

À n’en pas douter, les communautés d’agglomérations et les communautés urbaines ne manqueront pas, comme certaines d’entre elles le font déjà pour le développement des EnR, à ajouter leur pierre au développement sur leur territoire de projets BBC.

Les appels à projets :

Les appels à projets se multiplient émanant de l’Europe, l’ADEME, et dorénavant des régions... Outre les aides définies nationalement des dispositifs d’appels à projets locaux voient le jour.

L’ADEME, l'ANAH(1) , le PUCA(2) et l'ANRU(3) viennent de lancer, avec certaines régions, des appels à projets portant sur les « bâtiments démonstrateurs à basse consommation énergétique ».

Dans un communiqué, l'ADEME rappelle que,

responsable de 42 % des consommations d'énergie et de 20 % des émissions de gaz à effet de serre en France, le secteur du bâtiment est un domaine d'intervention prioritaire pour répondre aux enjeux énergétiques et climatiques actuels. Il s’agit d'obtenir d'ici fin 2009, un nombre significatif de bâtiments neufs ou réhabilités très performants.

Les partenaires du PREBAT ont pour mission de susciter la réalisation de ce type de bâtiments dont les performances doivent aller très au-delà des exigences de la réglementation énergétique actuelle. L'organisa- tion d'appels à projets régionaux est ainsi lancée à l'attention des maîtres d'ouvrages, dans le cadre d'une démarche nationale. Ils sont pilotés par les délégations régionales de l'ADEME et les régions en collaboration, le cas échéant, avec les structures locales d'Effinergie, et d'autres partenaires régionaux. Ainsi, les niveaux de performances sont modulés selon les régions pour tenir compte des zones climatiques et des spécificités régionales. Ces appels à projets sont pluriannuels jusqu'en 2009. (cf annexe 3).

Pour les régions membres de l'association Effinergie, les niveaux de performance énergétique exigés seront conformes au référentiel développé par l'association dans le cadre du PREBAT, avec le soutien financier de l'ADEME qui précise que les aides pourront être obtenues dès les phases d'esquisse et de conception afin d'orienter au maximum les opérations vers une performance énergétique élevée.

Pour les bâtiments achevés, les aides contribueront à financer la réalisation d'un diagnostic énergétique. Pour les bâtiments à construire ou à réhabiliter, elles seront dédiées aux études à caractère énergétique préalables et à la réalisation des travaux.

Deux exemples :

• Appel à projet de la Région Languedoc-Roussillon :

http://www.cr-languedocrous- sillon.fr/uploads/Document/WEB_CHEMIN_5225_121 0940728.pdf

• Appel à projet de la Région Centre :

http://www.regioncentre.fr/jahia/Jahia/AccueilRegion Centre/Environnement/AppelsProjets/EfficaciteEnerget iqueBatiments

Exemples de montages financiers et techniques : le contrat de performance énergétique (CPE) :

Le principe est simple : financer les mesures de réduction des consommations par les économies d’énergie qui en résultent. Un opérateur privé planifie et entreprend des mesures d’efficacité énergétique dans un bâtiment, et garantit la performance par une garantie d’économie d’énergie. L’opérateur organise lui-même le financement de l’opération, exploite le nouveau système énergétique pendant la durée du contrat, obtient comme rémunération tout ou partie des économies d’énergie et rembourse ainsi l’investis- sement et ses coûts opérationnels.

À la fin du contrat, le propriétaire du bâtiment bénéficie de l’intégralité des économies d’énergie.

L’innovation en matière de produits financiers reste à construire en France. Les directions évoquées lors du Grenelle de l’environnement concernent les prêts à taux réduit, un fond de garantie des financements, l’augmentation du budget PREBAT et l’harmonisation des différents programmes.

l De nouvelles compétences

Les améliorations techniques liées aux performances énergétiques s’imposent progressivement depuis plus de 20 ans dans certains pays d’Europe et d’Amérique du Nord. Nous pouvons nous appuyer sur leur expé- rience pour la conception architecturale, la mise en œuvre pour les entreprises, la réglementation.

Le bâtiment basse consommation n’est déjà plus une utopie. Reste qu’une réalisation pilote n’est pas transposable à toutes les constructions neuves, et encore moins aux logements existants. Nombreuses sont les références aux labels étrangers, or tous ne sont pas transposables à cause de modes constructifs différents. Au-delà de la démarche opérationnelle semblable à toute opération de construction, régie par la loi MOP, il convient de redéfinir les missions et le rôle des acteurs.

Principaux acteurs et leurs relations

La réduction de la consommation énergétique du bâtiment exige une participation aux projets aussi précoce que possible. Deux prestations indispensables doivent être redéfinies pour répondre aux nouvelles exigences :

• les études de faisabilité
• la maîtrise d’œuvre Les approches sont différentes mais complémentaires.

Maître d’œuvre

Son rôle de conseil auprès de la maîtrise d’ouvrage doit être renforcé.

Il doit veiller à la bonne gestion des coûts que les entre- prises ont tendance à surévaluer pour les constructions et systèmes nouveaux. En évitant les dérives de prix, il peut limiter le surcoût des bâtiments basses consom- mations. Son expertise technique et son rôle de chef d’orchestre doivent être accompagnés d’une meilleure information des entreprises sur les systèmes/matériels et leur mise en œuvre. En effet, il doit s’assurer de la maîtrise effective de la mise en œuvre des solutions techniques par les acteurs du bâtiment (artisans, entreprises, économistes, bureaux d’étude...).

La conception des bâtiments basse consommation d’énergie requiert des compétences d’ingénierie subtiles, il est donc indispensable de renforcer l’action du maître d’œuvre en missionnant un bureau d’études techniques fluides pour l’assister, ce qui assure la cohésion du projet et renforce la lisibilité des objectifs.

u d’études fluides

Le bureau d’études fluides doit intervenir dés la phase « esquisse », notamment en réalisant une simulation dynamique. Les systèmes pourront être choisis en fonction des consommations d’énergie qu’ils engen-

drent, et leur dimensionnement sera calculé finement pour éviter les surdimensionnements générateurs de dégradations de rendements et de surcoût.

Le bureau d’études fluides doit prendre en charge la mission d’EXE, car si les entreprises disposent d’un savoir faire du terrain, elles ont tendance à « prendre des marges » dans le dimensionnement des équipe- ments pour éviter tout problème. Ce n’est plus possible pour un BBC. La présence du bureau d’études fluides sur le chantier permettra d’éviter des erreurs lors de choix concernant, par exemple, les isolants, le diamètre des conduites, les pompes, etc. Il doit assurer un réel suivi de chantier.

Lors de la phase étude, il est primordial d’utiliser les outils informatiques tels que la simulation thermique et dynamique qui permettent de décrire l’ambiance des futurs bâtiments, en fonction des apports solaires et de l’inertie des matériaux. La simulation thermique dynamique modélise le comportement d’un bâtiment, en général au pas de temps horaire et sur une année. C’est un outil indispensable dans la conception de bâtiments très performants, pour deux raisons :

• le contrôle des besoins de chauffage dans les bâtiments à basse consommation d’énergie requiert des ajustements fins – des phénomènes auparavant marginaux (ponts thermiques, infiltrations d’air...) deviennent prépondérants lorsque les postes principaux (isolation, menuiseries, ventilation) ont été traités,

• les bâtiments sur-isolés sont davantage sujets aux surchauffes estivales à cause de l’effet « thermos ». L’outil de la simulation thermique dynamique anticipe ce problème et permet de choisir les solutions pour le résoudre.

Attention, la simulation thermique dynamique est à distinguer du calcul réglementaire thermique :

• la réglementation thermique est un outil de calcul normatif, pas un outil de conception. Un certain nombre d’hypothèses sont figées, ce qui implique que le comportement réel du bâtiment peut différer signi- ficativement de la modélisation sous le moteur RT,

• la simulation thermique dynamique doit être réalisée en phase APS au plus tard, et toujours avant le dépôt du permis de construire, pour permettre les ajustements architecturaux. Si elle est réalisée en phase APD ou DCE et révèle que des modifications architecturales sont nécessaires, le projet est souvent déjà trop figé pour modifier les choix.