Confort thermique et charges énergétiques : comment maîtriser ? La simulation thermique dynamique

Eco rencontre énergie / habitat – 06/06/2008
Energie et Bâtiment
Energie et Bâtiment
Confort thermique et charges énergétiques : comment maîtriser ?
Confort thermique et charges énergétiques : comment maîtriser ?
La simulation thermique dynamique
La simulation thermique dynamique
Sébastien Chevet
Sébastien Chevet
Quercy Energies, Agence Locale de l’Energie du Lot
Quercy Energies, Agence Locale de l’Energie du Lot

Quercy Energies : Agence Locale de l’Energie du Lot
Une vingtaine d’Agence
Locales de l’Energie en
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Une dynamique de projets
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Habitat LUTTE CONTRE LA PAUVRETE ENERGETIQUE
LOGEMENTS SOCIAUX - FORMATION
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Sensibilisation ESPACE INFORMATION ENERGIE
PERMANENCES, VISITES, CONFERENCES
2- Énergies Renouvelables et développement local :
DEVELOPPEMENT DES FILIERES, Diagnostics, accompagnement, suivi des
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Solaire Thermique Solaire Photovoltaïque
www.quercy-energies.fr
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Il est plus facile de définir le confort thermique par la négative en précisant ce
Il est plus facile de définir le confort thermique par la négative en précisant ce
qui crée de l’inconfort : ambiance thermique gênante.
qui crée de l’inconfort : ambiance thermique gênante.
Le confort thermique est plutôt un non-inconfort, largement inconscient.
Le confort thermique est plutôt un non-inconfort, largement inconscient.
Le confort thermique est la résultante de plusieurs paramètres physiques :
Le confort thermique est la résultante de plusieurs paramètres physiques :
 température de l’air
température de l’air
 température des parois
température des parois
 vitesse de l’air
vitesse de l’air
 taux d’humidité
taux d’humidité
LE CONFORT THERMIQUE
LE CONFORT THERMIQUE
« Ne pas avoir trop froid, ni trop chaud,
« Ne pas avoir trop froid, ni trop chaud,
ne pas sentir de courant d’air désagréables. »
ne pas sentir de courant d’air désagréables. »

Outils
Outils : logiciels
: logiciels
 calculs thermiques
calculs thermiques 
 confirmer les performances vis à vis des exigences réglementaires.
confirmer les performances vis à vis des exigences réglementaires.
 simulation thermique
simulation thermique 
 valider la pertinence des options de conception
valider la pertinence des options de conception
 simulation thermique dynamique
simulation thermique dynamique 
 visualiser pour chaque zone, en fonction des
visualiser pour chaque zone, en fonction des
besoins internes et du temps extérieur, les échanges thermiques du bâtiment
besoins internes et du temps extérieur, les échanges thermiques du bâtiment
Objectifs
Objectifs : maîtrise des charges énergétiques et du confort thermique
: maîtrise des charges énergétiques et du confort thermique
- réduction des besoins de l’enveloppe du bâtiment
- réduction des besoins de l’enveloppe du bâtiment
- amélioration du confort saisonnier (hiver, été, mi-saison)
- amélioration du confort saisonnier (hiver, été, mi-saison)
- efficacité et impact des équipements (ventilation, éclairage…)
- efficacité et impact des équipements (ventilation, éclairage…)
Logiciel utilisé
Logiciel utilisé : Pléiades+Comfie, développé par Izuba Energies
: Pléiades+Comfie, développé par Izuba Energies
Domaines d’utilisation
Domaines d’utilisation : projets de bâtiments « standards » et « bioclimatiques »
: projets de bâtiments « standards » et « bioclimatiques »
120 études de bâtiments neufs et réhabilitation par an
120 études de bâtiments neufs et réhabilitation par an
DEMARCHE & OUTILS
DEMARCHE & OUTILS

La simulation nécessite de renseigner précisément les données d’entrées :
La simulation nécessite de renseigner précisément les données d’entrées :
 composition des parois
composition des parois (parois opaques, parois vitrées, occultation)
(parois opaques, parois vitrées, occultation)
 environnement extérieur
environnement extérieur (masques, albédos de sol, végétation…)
(masques, albédos de sol, végétation…)
 fonctionnement du bâtiment
fonctionnement du bâtiment (températures, intermittence, charges…)
(températures, intermittence, charges…)
 fichier météo
fichier météo (fichier horaire de la station météo la plus proche)
(fichier horaire de la station météo la plus proche)
La simulation thermique dynamique permet d’analyser de façon détaillée,
La simulation thermique dynamique permet d’analyser de façon détaillée,
heure par heure, le comportement thermique multi zone d’un bâtiment.
heure par heure, le comportement thermique multi zone d’un bâtiment.
PARAMETRES ET DONNEES D’ENTREE
PARAMETRES ET DONNEES D’ENTREE

 Saisie graphique et découpage des zones thermiques
Saisie graphique et découpage des zones thermiques :
:
Le découpage des zones thermiques d’un
Le découpage des zones thermiques d’un
projet est déterminé selon l’usage,
projet est déterminé selon l’usage,
l’intermittence, les ambiances intérieures,
l’intermittence, les ambiances intérieures,
la localisation, les charges internes…
la localisation, les charges internes…

 Caractéristiques du projet
Caractéristiques du projet : composition des parois
: composition des parois
Définition des compositions des parois
Définition des compositions des parois
du bâtiment (murs, planchers, toitures),
du bâtiment (murs, planchers, toitures),
des menuiseries et des occultations.
des menuiseries et des occultations.

 Caractéristiques du site
Caractéristiques du site : environnement extérieur
: environnement extérieur
Les masques (
Les masques (bâtiments annexes, arbres,
bâtiments annexes, arbres,
topographie du site
topographie du site…) créent des ombres
…) créent des ombres
portées sur le bâtiment
portées sur le bâtiment 
 influence sur
influence sur
les apports solaires perçus par le
les apports solaires perçus par le
bâtiment.
bâtiment.
Station météo représentative du site
Station météo représentative du site
Altitude du projet
Altitude du projet

 Fonctionnement du bâtiment
Fonctionnement du bâtiment : scénarii
: scénarii
Scénarii d’occupation (
Scénarii d’occupation (puissance dissipée par les occupants
puissance dissipée par les occupants)
)
Températures de consigne (
Températures de consigne (chauffage, climatisation
chauffage, climatisation)
)
Débits de ventilation
Débits de ventilation
Scénarii d’occultation (
Scénarii d’occultation (fermeture des volets
fermeture des volets)
)
Gains de chaleur interne (
Gains de chaleur interne (puissance dissipée par l’éclairage,
puissance dissipée par l’éclairage,
l’informatique
l’informatique…)
…)

Besoins de chauffage (MWh)
20
18
16
14
12
10
8
6
4
2
0
[1] [2] [3] [4]
réduction
réduction
déperditions
déperditions
économies coût
économies coût
d’exploitation
d’exploitation
temps de
temps de
retour
retour
isolation toiture
isolation toiture 12 kWh/m²
12 kWh/m² [3]
[3] 140 €/an
140 €/an 11 ans
11 ans
isolation des
isolation des
murs
murs
29 kWh/m²
29 kWh/m² [1]
[1] 330 €/an
330 €/an 26 ans
26 ans
menuiseries ext.
menuiseries ext. 28 kWh/m²
28 kWh/m² [2]
[2] 310 €/an
310 €/an 48 ans
48 ans
ventilation
ventilation
double flux
double flux
17 kWh/m²
17 kWh/m² [4]
[4] 190 €/an
190 €/an 15 ans
15 ans
TOTAL
TOTAL 86 kWh/m²
86 kWh/m² 970 €/an
970 €/an 32 ans
32 ans
EXEMPLE 1 : BASE DE LOISIRS
EXEMPLE 1 : BASE DE LOISIRS
 Maîtrise de l’énergie, base de loisirs des amis du Célé / LOT
Maîtrise de l’énergie, base de loisirs des amis du Célé / LOT
Etude : pré diagnostic énergétique

 Potentiel d’économies d’énergie, accompagnement pour prise de décision,
Potentiel d’économies d’énergie, accompagnement pour prise de décision,
hiérarchisation des travaux
hiérarchisation des travaux

EXEMPLE 2 : COLLEGE
EXEMPLE 2 : COLLEGE
 Rénovation des façades, collège de Cajarc / Conseil Général du Lot
Rénovation des façades, collège de Cajarc / Conseil Général du Lot
Etude : accord cadre « maîtrise de l’énergie dans les bâtiments publics »
Etude : accord cadre « maîtrise de l’énergie dans les bâtiments publics »
Intervention menée en lien avec le programme départemental de travaux
Intervention menée en lien avec le programme départemental de travaux
d’économies d’énergie dans les collèges.
d’économies d’énergie dans les collèges.
 Impact énergétique et confort thermique des travaux d’isolation (campagne
Impact énergétique et confort thermique des travaux d’isolation (campagne
thermographie infrarouge avant / après travaux + simulation thermique
thermographie infrarouge avant / après travaux + simulation thermique
dynamique).
dynamique).

vues intérieures façade sud
Parois froides
Parois froides
=
=
inconfort
inconfort
vue intérieure façade est
vues extérieures façade est
Visualisation des éléments
Visualisation des éléments
de structure = déperditions
de structure = déperditions

réduction
réduction
déperditions
déperditions
économies coût
économies coût
d’exploitation
d’exploitation
temps de
temps de
retour
retour
mur sud
mur sud 5,7 kWh/m²
5,7 kWh/m² 950 €/an
950 €/an 53 ans
53 ans
mur est
mur est 2,8 kWh/m²
2,8 kWh/m² 470 €/an
470 €/an 41 ans
41 ans
mur nord
mur nord 8,2 kWh/m²
8,2 kWh/m² 1 350 €/an
1 350 €/an 37 ans
37 ans
mur ouest
mur ouest 3,9 kWh/m²
3,9 kWh/m² 640 €/an
640 €/an 36 ans
36 ans
vitrages sud
vitrages sud 2,3 kWh/m²
2,3 kWh/m² 380 €/an
380 €/an - ans
- ans
vitrages est
vitrages est - kWh/m²
- kWh/m² 10 €/an
10 €/an - ans
- ans
vitrages nord
vitrages nord 3,5 kWh/m²
3,5 kWh/m² 580 €/an
580 €/an 88 ans
88 ans
vitrages ouest
vitrages ouest 0,2 kWh/m²
0,2 kWh/m² 40 €/an
40 €/an - ans
- ans
Bâtiment externat, surface chauffée 2 741 m²
Bâtiment externat, surface chauffée 2 741 m²
année de construction : 1966
année de construction : 1966
murs non isolés, combles 20 cm laine minérale (en 1997)
murs non isolés, combles 20 cm laine minérale (en 1997)
menuiseries bois simples vitrages, étanchéité défectueuse
menuiseries bois simples vitrages, étanchéité défectueuse
1
1ère
ère
tranche
tranche : façades
: façades
Sud et Est
Sud et Est
2
2ème
ème
tranche
tranche : façades
: façades
Nord et Ouest
Nord et Ouest
Priorité donnée à la
Priorité donnée à la
vétusté des
vétusté des
menuiseries façade sud
menuiseries façade sud

externat / état initial / salles SUD
externat / doubles vitrages performants / salles SUD
externat / isolation par l’extérieur + doubles vitrages performants / salles SUD
30/06
20/06
10/06
02/06
26°C
25°C
24°C
23°C
22°C
21°C
20°C
19°C
18°C
17°C
16°C

 Evolution de la température
Evolution de la température
intérieure des salles orientées sud
intérieure des salles orientées sud

 Période d’analyse : juin
Période d’analyse : juin

EXEMPLE 3 : ETABLISSEMENT HOTELIER
EXEMPLE 3 : ETABLISSEMENT HOTELIER
 Maîtrise de l’énergie, hôtel de France*** - hôtel Valentré** / 46000 Cahors
Maîtrise de l’énergie, hôtel de France*** - hôtel Valentré** / 46000 Cahors

 Potentiel d’économies d’énergie, hiérarchisation des travaux
Potentiel d’économies d’énergie, hiérarchisation des travaux
Besoins de chauffage (kWh)
350 000
300 000
250 000
200 000
150 000
100 000
50 000
360 173
277 115
réduction
réduction
déperditions
déperditions
économies coût
économies coût
d’exploitation
d’exploitation
temps de
temps de
retour
retour
combles
combles 29 kWh/m²
29 kWh/m² 1 880 €/an
1 880 €/an 2 ans
2 ans
toiture terrasse
toiture terrasse 28 kWh/m²
28 kWh/m² 1 760 €/an
1 760 €/an 24 ans
24 ans

Hôtel Valentré** : isolation des combles
Hôtel Valentré** : isolation des combles

 Evolution de la température intérieure
Evolution de la température intérieure
des chambres R+4 orientées ouest
des chambres R+4 orientées ouest

 Période d’analyse : juillet
Période d’analyse : juillet

 réduction de
réduction de 
 : 1 à 5°C
: 1 à 5°C

SPECIFICITES SIMULATION DYNAMIQUE
dimensionnement d’un brise soleil
dimensionnement d’un brise soleil
(restaurant scolaire)
(restaurant scolaire)
Vitrages & protections solaires
Vitrages & protections solaires
Température max. (°C)
Température moy. (°C)
35
30
25
20
15
10
5
0
Niveau 1 orientation sud ouest
(bureaux CMS, routes, salle détente)
Lamelles de bronze Protection fixes Pas de protection
Influence des protections solaires
Influence des protections solaires
(bureaux administration)
(bureaux administration)

pas de ventilation nocturne
ventilation nocturne 1,5 vol/heure
ventilation nocturne 2 vol/heure
30/07-00
20/07-00
10/07-00
02/07-00
30°
29°
28°
27°
26°
25°
24°
23°
22°
21°
20°
19°
18°
17°
16°
15°
14°
13°
12°
11°
Niveau 1 orientation sud ouest
(bureaux CMS, bureau route salle détente)
Impact du taux de
Impact du taux de
surventilation nocturne
surventilation nocturne
Équipements & scénarii de fonctionnement
Équipements & scénarii de fonctionnement
Inoccupation 48 heures : régime réduit de température  7°C
Inoccupation 48 heures : régime réduit de température  16°C
29/12
25/12
23/12
19/12
17/12
15/12
13/12
11/12
09/12
07/12
05/12
03/12
36 kW
34 kW
32 kW
30 kW
28 kW
26 kW
24 kW
22 kW
20 kW
18 kW
16 kW
14 kW
12 kW
10 kW
8 kW
6 kW
4 kW
2 kW
0W
Niveau 0 (bureaux solidarité, bureaux
permanents, assistant, chef centre)
semaine
weekend
Impact du régime
Impact du régime
réduit de température
réduit de température

CONCLUSION
CONCLUSION
 Associée à une étude économique en approche coût global, la simulation
Associée à une étude économique en approche coût global, la simulation
thermique dynamique devient un réel outil d’aide à la décision.
thermique dynamique devient un réel outil d’aide à la décision.
 La simulation thermique dynamique est un outil indispensable pour la
La simulation thermique dynamique est un outil indispensable pour la
conception des bâtiments neufs et pour les projets de réhabilitation à faibles
conception des bâtiments neufs et pour les projets de réhabilitation à faibles
consommations d’énergie.
consommations d’énergie.
 En réhabilitation, la simulation thermique dynamique des bâtiments permet :
En réhabilitation, la simulation thermique dynamique des bâtiments permet :
- d’identifier les « points critiques » ;
- d’identifier les « points critiques » ;
- d’évaluer l’impact énergétique des solutions techniques ;
- d’évaluer l’impact énergétique des solutions techniques ;
- de hiérarchiser les interventions selon les critères définis de
- de hiérarchiser les interventions selon les critères définis de
rentabilité financière et/ou de confort thermique.
rentabilité financière et/ou de confort thermique.

« L’énergie la moins chère
« L’énergie la moins chère
est celle que l’on ne consomme pas ! »
est celle que l’on ne consomme pas ! »

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