daniel quenard Dpt Enveloppe & Revêtements Séminaire ADEME PUC CSTB Valbonne 12 octobre 2007

1. daniel quenard Dpt Enveloppe & Revêtements Séminaire ADEME PUC CSTB Valbonne 12 octobre 2007 Programme de Recherche et d’expérimentation sur l’Energie dans le Bâtiment(PREBAT) COMPARAISON INTERNATIONALE BATIMENT ET ENERGIE: Les Innovations Technologiques

2. Sommaire • Recensement des Innovations • Sélection des Innovations (« briques technologiques ») • Les 13 sélectionnées - Rappel – SWOT – Transposition en France • Conclusion • Prospective

3. Définition • Une "brique technologique" désigne un élément ou un sous-ensemble nécessaire à la réalisation du système bâtiment. • Une brique technologique peut donc être • un composant, • un équipement • ou un sous ensemble.

4. Recensement Etudes et Sites Nord-Américains - ACEEE (American Council for an Energy-Efficiency Economy) 72 technologies et bonnes pratiques - Le site TOOLBASE du NAHB (National Association of Home Builders) 150 technologies référencées, analysées et classées - Le site du DOE - Le site canadien ADVANCED BUILDINGS 90 technologies émergentes et pratiques - … Programmes PassivHaus, Minergie, Zero-Energy-Home.

5. Un exemple Energy Technology Futures – Canada

6. Dans le neuf … PASSIVHAUS EnR Bâti CVC Eqmt

7. … et la rénovation

8. MINERGIEEquipements : Chauffage - ECS

9. Sélection Bâti + Eqmt Modes de Vie + Eqmt

10. Bâti EnF-HP EnR

11. Parois Opaques … encore loin de l’optimum Source IEA HDD : Heating Degree Day CDD : Cooling Degree Day • Isolation Thermique • Augmentation des épaisseurs d’isolants : 15, 20, 30 voire 40 cm • Importance du climat local • Apparition d’isolants d’origine végétale (chanvre, lin, …) ou animal (mouton …) ou issus du recyclage : ouate de cellulose • Panneaux Isolants sous Vide pour la rénovation

12. Parois Opaques Importance du climat local U = 0,15

13. Parois Opaques SWOT

14. Parois Transparentes Vitrages - Fenêtres • Fenêtres • Double Vitrage • Triples Vitrage • Double Vitrage + films • Fenêtre vue comme un « système » : Pertes/Gains

15. Parois Transparentes Vitrages - Fenêtres Fenêtre : Premier Composant à Energie Positive Bilan énergétique d’un m² de fenêtre en tableau sur la saison de chauffage(absence de masque) en kWh/m² établi pour une fenêtre bois avec coefficient de clair de 0,7. 1 : Plaine / Vallée : Chambéry (saison de chauffe : du 1/10 au 10/5) 2 : Montagne : Bourg-St-Maurice (saison de chauffe : du 20/9 au 25/5) Source : O. Sidler - Enertech

16. Parois Transparentes Vitrages - Fenêtres + - Source : DHV-PEP Chiel Boonstra

17. Parois Transparentes SWOT – Triple Vitrage

18. Systèmes Constructifs Comparés Ossature Bois 70 % des Maisons Passives Ossature Acier Cavity Wall – Double Mur BEDZED

19. Systèmes Constructifs Comparés Une évolution des systèmes plutôt qu’une révolution • Etanchéité à l’Air / Ponts Thermiques • Continuité des pare-air (membrane pour MOB) • Etanchéité des passages des réseaux • (électricité, ventilation, eau, écoulement …). • Interfaces isolation/structure/fenêtre/baies • Intégration des épaisseurs d’isolants plus importantes L’étape de conception est primordiale car aucunemodification  dégradante ne doit être réalisée sur le chantier en particulier pour passer les réseaux et gaines des ventilation …

20. Systèmes Constructifs ComparésSWOT

21. Parois Opaques Parois Transparentes Systèmes Constructifs Comparés • Transposition • Possible avec des adaptations suivant les zones climatiques • Nécessité d’un accompagnement : réglementation (Th, COS, permis de construire …), labellisation, formation, information, sensibilisation … • Des possibilités innovantes en rénovation Après Avant

22. Solaire : PV intégré La production photovoltaïque est une des solutions les plus élégantes avec un grand pouvoir de fascination car parfaitement intégrable au bâti mais le coût d'investissement reste très pénalisant Produits Industrialisés « mass customization » Source MISAWA-Home Pays les plus actifs : Japon, Allemagne, Etats-Unis, Espagne

23. Solaire : PV intégréSWOT

24. Solaire : SSC Les Systèmes Solaires Combinés (SSC) répondent simultanément aux besoins de Chauffage et d'ECS. Allemagne – Autriche – Suisse - France PSD Capteurs Stockage Dalle Béton – Ballon

25. Solaire : SSCSWOT

26. Solaire : Stockage L'intérêt porté au stockage de chaleur a beaucoup varié au cours des 25 dernières années. Le stockage court terme est la clé de l’efficacité des technologies intermittentes mais la vision est désormais plus systémique que par composants. Les trois principaux types de stockage sont les suivants : Stockage court terme (solaire …) Stockage tampon (réseaux de chaleur …) Stockage saisonnier (Quartier …)

27. Solaire : Stockage • Les principales raisons du stockage : • Utilisation optimale des énergies renouvelables et intermittentes, surtout l'énergie solaire • Récupération de chaleur ou de froid • Utilisation d'un tarif préférentiel (stockage de froid pour la climatisation) • Réduction de la puissance installée • Ecrêtage des pics de puissance • Réduction du nombre d'enclenchements/déclenchements

28. Solaire : StockageSWOT

29. Solaire : PV - SSC/StockageTransposition • PV : Possible …à l’image du Japon • Volonté politique, Aide sur le long terme • Industriels innovants (cellules/toitures/façades) • Produits Standards Certifiés • Sensibilisation des clients • Baisse des Coûts annoncés • Solution pour aller vers de Bâtiments à Energie Positive • Opportunités d’innovations • SSC : Possible • Contexte Politique et Economique Favorable • Produits Standards pour le bâtiment • Mais il est peu probable que les SSC s’imposent comme une solution de référence • Stockage • Sûr pour les CESI • Peu probable pour le stockage saisonnier

30. Ventilation Mécanique Contrôlée 2F/RnrjSystèmes Compacts : CV/ECS • La ventilation : un des postes les plus important pour les BBC • Etanchéité à l’air de l’enveloppe / Qualité de l’Air • Impact sur le bâti (condensation) Comment assurer la qualité de l'air dans les logements sans voir la contribution de la ventilation, aux déperditions thermiques, augmenter dramatiquement Systèmes Compacts Chauffage Ventilation ECS (PAC) VMC 2F-Rnrj Echangeur

31. Ventilation Mécanique Contrôlée 2F/RnrjSWOT

32. Systèmes Compacts : CV/ECS SWOT

33. Ventilation Mécanique Contrôlée 2F/RnrjSystèmes Compacts : CV/ECS Actuellement, la VMC 2F dans le résidentiel est très peu développée en France mais il existe un développement important de la VMC HygroRéglable, contrairement aux autres pays. On peut ainsi imaginer que les systèmes de VMC 2F/Rnrj rencontreront une concurrence plus forte avec un coût d’investissement pour ces derniers beaucoup plus important. Ce système tend à se généraliser en Allemagne Les unités compactes ayant été conçues pour les maisons passives, leur développement est intimement lié à celui de ce type de maisons à très faible consommation d’énergie.

34. Micro-Cogénération < 10 kWe Ecopower Senertec Honda chaudière qui produit de l’électricité La technologie dominante est le moteur à combustion externe et la très grande majorité des micro-cogénérateur utilise le gaz naturel comme combustible primaire Pays Moteurs : Japon, Allemagne, RU, Pays-Bas

35. Micro-Cogénération < 10 kWe

36. Micro-Cogénération bois Classe A CO2 Bilan carbone du bâtiment tous usages inclus (chauffage, ECS, usages électriques spécifiques, cuisson) par type de chaudière en France

37. Micro-Cogénération < 10 kWeTransposition La micro-cogénérationà partir d’énergie fossile, en référence à une chaudière performante fonctionnant avec la même énergie fossile, ne fait qu’augmenter les émissions de GES en France alors qu’elle les réduit dans les autres pays. Par contre, en France, elle peut être une alternative à la construction de nouveaux moyens de production centralisée d’électricité à partir d’énergie fossile, ce qui devrait arriver avec l’ouverture du marché de l’énergie. Par ailleurs, l’utilisation de la biomasse est une option intéressante pour la micro-cogénération car elle permettrait de développer cette filière mal valorisée en France et produirait de l’électricité encore moins carbonée que l’électricité française actuellement.

38. (c€/kWh) Micro-Cogénération < 10 kWe… pas de solution universelle Situation de la MCHP  bois dans l’échelle des technologies de production d’électricité décentralisées et renouvelables en France (Sourec AMOES)

39. Climatisation/RafraîchissementBasse Consommation Les solutions de climatisation basse consommation (BC) ne sont envisageables que dans le cas de bâtiments à inertie élevée, bien protégés des apports solaires et avec des apports internes faibles. • Un système de rafraîchissement sera défini par : • l’absence de système à puissance garantie pour la production de froid. • Il en résulte : • une impossibilité de respecter une température de consigne dans certains cas • une température intérieure dépendante des conditions extérieures. • A l’inverse, un système de climatisation : • garantit la production de froid s’il est correctement dimensionné • peut donc respecter une température de consigne

40. Climatisation/RafraîchissementBasse Consommation • Référence : cycle à compression mécanique de vapeur performant • Puits provençal ou canadien : développement actuel et existence d’une offre sur ce produit en France • Sur-ventilation ("free cooling" ) relativement facile à mettre en œuvre et éprouvé, approche de climatisation hybride. • Climatisation par évaporation : "evaporative-cooling" : Seul le système par évaporation directe (gainée ou non) a été retenu. • Circulation d’eau fraiche : mériterait d’être appréhendé en tant que tel dans le cadre des réseaux urbains. • Climatisation solaire : Un produit de "climatisation solaire par absorption" existe et c’est pourquoi cette technique a été retenue • Climatiseur hautes performances avec des capteurs photovoltaïques • "district cooling" : eau de lac ou de nappes phréatiques

41. Climatisation/RafraîchissementBasse Consommation

42. Climatisation/RafraîchissementBasse ConsommationTransposition L’utilisation de systèmes de climatisation traditionnels à compression, qui plus est utilisés pendant une partie de l’année seulement, n’implique pas une facture énergétique élevée. De plus, dans les bâtiments tertiaire climatisés, les consommations électriques sont majoritairement dues à l’éclairage et la bureautique. Parmi les systèmes BC matures on peut citer lepuits provençal, lessystèmes évaporatifset lacirculation d’eau fraîche.

43. Les Micro Réseaux de ChaleurµRC µRC : système de production d’énergie central qui dessert, par l’intermédiaire d’un réseau, un grand nombre de bâtiments individuels, de telle manière que ces bâtiments n'exigent pas leur propre installation de production de chaleur. N'importe quelle source d'énergie peut être utilisée La puissance globale est souvent suffisante pour utiliser les technologies qui ne pouvaient pas efficacement fonctionner au niveau d’un seul bâtiment. En particulier ceci permet d’utiliser des système à haute performance énergétique. Les µRC se développent dans beaucoup de pays européens (RU, Suède, Pays-Bas, Allemagne …) alimentés principalement par des systèmes de cogénération (gaz, solaires, biomasse …)

44. Les Micro Réseaux de ChaleurSWOT

45. Les Micro Réseaux de ChaleurSWOT A priori, il n'a pas d'incompatibilité notable avec le cadre légal français pour les µRC Néanmoins, pour favoriser le développement des µRC, il faut prévoir de réaliser des évaluations des opérations pilotes Par ailleurs un certain nombre de questions se pose sur les sociétés en mesure d’exploiter et de faire la maintenance des µRC. Avec la diversification des sources d'énergie (biomasse …) et le développement des systèmes de cogénération, le développement des µRC peut s’inscrire dans le courant porteur des économies d’énergie, la protection de l’environnement et développement durable.

46. Eclairage 19 % de la consommation électrique

47. Eclairage • Meilleure utilisation des apports en lumière naturelle • Evolution de la technologie des lampes • Réduction de la durée d'utilisation de l'éclairage artificiel par l'amélioration des techniques de régulation • Nouveaux principes d'éclairage • Combinaison d'un éclairage de fond diffus, associé à des éclairages « personnalisés » plus directifs et localisés • Eclairage distribué par fibres optiques.

48. EclairageLampes • Lampes basse consommation "fluocompactes" • Lampes fluorescentes compactes à cathode froide • Lampes fluorescentes à induction • Lampes à décharge « haute pression » ou HID (high intensity discharge) • Diodes électroluminescentes (light emitting diodes ou LED) • Lampes minces et étendues : les OLED (organic light emitting diodes) • Eclairage par fibres optiques • Eclairage par tubes de lumières

49. Eclairage Evolution de l'efficacité lumineuse des lampes (Source IEA annexe 45)

50. EclairageLED