simulation thermique CLIMAWIN. Celui-ci étant un logiciel de référence pour le
calcul de conformité à la norme RT-2005. Cette maison, présente une surface ...
Étude Énergétique d’une maison individuelle
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Étude Énergétique d’une maison individuelle
Table des matières INTRODUCTION:
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I) HYPOTHÈSES UTILISEES :
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1) 2) 3) 4) 5)
ETUDE DES PAROIS ETUDE DES MENUISERIES ETUDE DES LOCAUX NON-CHAUFFES ETUDE DES PONTS THERMIQUES ETUDE DES DIFFERENTES PIECES
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II) COMPARAISON CONSOMMATION
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III) AMÉLIORATIONS POSSIBLES
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CONCLUSION
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Introduction: Ce projet propose l’analyse énergétique d’une maison individuelle à l’aide du logiciel de simulation thermique CLIMAWIN. Celui-ci étant un logiciel de référence pour le calcul de conformité à la norme RT-2005. Cette maison, présente une surface hors d’œuvre brute de 560 m², pour une surface horsd’œuvre nette de 288m². La maison a été construite à Guichainville (Haute-Normandie) en 2005. Guichainville est un village de 1500 habitants, situé à 7 km d’Evreux dans l’Eure. Le village est positionné sur un plateau agricole. Cette position caractéristique implique qu’aucun masque lointain (forêt, immeubles…) ne sera pris en compte lors de l’étude ainsi qu’aucune nuisance sonore et une force de vent maximale. La maison est constituée d’un vide sanitaire prolongée dans son côté nord par un sous sol. Le rez-de-chaussée, présente une aile côté sud inoccupée de 75m². Sur le plan, annexe 1, cette aile correspond à : la chambre 1, une salle de bain, un séjour-salon et le couloir de communication. L’aile nord comprend un garage et une buanderie, pour une surface de 57m². Enfin, l’étage est constitué de 5 chambres, d’une salle de bain et d’un grenier. Pour ce projet, nous n’étudierons pas le sous-sol. En effet ce dernier n’est pas chauffé, il sera donc assimilé au vide-sanitaire. Ainsi, seuls le rez-de-chaussée et le premier étage seront traités.
I)
Hypothèses utilisées :
Le but de notre étude est d’évaluer les déperditions thermiques du bâtiment. On sait que ces déperditions sont proportionnelles au gradient de température entre l’intérieur et l’extérieur. Après avoir indiqué l’emplacement géographique du bâtiment, les bases de données du logiciel permettent d’établir les conditions météorologiques hivernales. Dès lors, la température intérieure est fixée par nos soins. La première hypothèse concerne donc la température des différentes pièces en hiver, en effet l’aile sud, étant une zone inoccupée, la température de consigne sera fixée à 17 °C, alors que les autres pièces auront une température de consigne de 21 °C. Le travail se déroule en plusieurs étapes : définition des parois, des menuiseries, des locaux nonchauffés et enfin des différentes pièces. Lors de la définition des différentes pièces, il sera tenu exclusivement compte des parois déperditives. Cela implique que les parois en plâtre séparant les pièces ne seront pas étudiées (gradient de température nul).
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1) Etude des parois A l’aide du document technique accompagnant la demande de permis de construire nous avons pu déterminer la composition des différentes parois. Ainsi, nous avons enregistré : Nom de la paroi Mur garage Mur ext
Mur int Mur CP Plafond étage Dalle rdc Toit CP Toit
Composition et caractéristiques
Uref
parpaings et crépis (20mm)
2,33
Mur porteur de la maison en contact avec l’extérieur : Enduit (plâtre), isolant (20mm laine de roche), parpaings et crépi (ou peinture si contact avec le grenier) 2 plaques de placot-plâtre séparées par 20mm d’air Mur en contact avec les combles perdus : plaque de plâtre et isolation Plaque de plâtre et isolation (220mm), en contact avec les combles perdus au dessus Contact avec vide sanitaire : béton armé, isolant et finition plâtre Toit sur combles perdus : terre cuite (tuiles) Toit isolé (contact avec les chambres) : tuiles, isolant et finition plaque de plâtre
0,330
Ces différentes parois sont représentées sur le plan simplifié de la maison (figure 2a et 2b)
Figure 2a : plans simplifiés de la maison : Rez-de-chaussée.
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0,672 0,168 0,190 0,207 4,585 0,190
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Figure 2b : plans simplifiés de la maison : Premier étage.
2) Etude des menuiseries a) Les portes Une porte standard a été définie, ses dimensions sont : une longueur l = 0,9 m et une hauteur h = 2,15m. Deux portes de ce type sont situées au niveau du perron d’entrée. Elles présentent donc toutes deux un masque important. Il s’agit d’une sorte de préau visible sur le plan annexe 1. Deux autre portes seront modélisées : entre le cellier et le garage (local non-chauffé présenté en 3) et à l’étage entre le couloir et le grenier (local non-chauffé). b) Les fenêtres Les fenêtres installées sur les parois de la maison sont toutes composées d’un double vitrage 4/15/4 et fabriquées en PVC. Néanmoins différentes dimensions sont présentes. En tout 11 types de fenêtres différentes varient de la petite lucarne de salle de bain (40x75cm) à la fenêtre à double battant de la cuisine (180x115cm). Il est important de noter que les grandes fenêtres sont installées avec un volet roulant. Ce type de volet nécessite la présence d’un coffre, qui constitue un léger masque pour la fenêtre.
c)
Les portes-fenêtres
Les portes-fenêtres sont fabriquées en aluminium et composées d’un double vitrage 4/15/4. Deux tailles de portes-fenêtres sont utilisées : des portes-fenêtres double-battant (180x215 cm) et simple-battant (120x215cm). Ces portes-fenêtres, comme les fenêtres, comportent un coffre de volet roulant.
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Étude Énergétique d’une maison individuelle d) Les velux La plupart des menuiseries de l’étage sont des velux disposés sur la toiture. En effet, l’étage est complètement construit sous les pentes du toit, d’où la présence de combles définis ciaprès. Deux pignons sont construits pour des raisons essentiellement esthétiques. Les velux utilisés sont fabriqués en bois (pour une meilleure intégration esthétique avec le toit) et ils présentent un double vitrage 4/12/4. La principale caractéristique des velux est qu’ils offrent une grande luminosité et chauffent les pièces (désavantageux l’été). Les velux utilisés présentent une hauteur de 116cm pour une largeur de 114cm.
3) Etude des locaux non-chauffés En tout, quatre locaux non-chauffés ont été pris en compte : les combles perdus, le grenier, la partie sous-toit au dessus des chambres et le garage-buanderie. Un local non-chauffé est défini comme « espace tampon ». Sa superficie, son volume et la composition de ses parois (Uref calculé lors de la définition des parois) doivent être entrés dans le logiciel. Le local non-chauffé est construit dans l’outil : « espaces tampons ». Il est important de signaler que nous avons également utilisé l’outil « vide-sanitaire » du logiciel pour définir les pièces en contact avec ce type de construction. En effet, le vide sanitaire possède quelques caractéristiques propres. D’autre part, le sous-sol, constitué d’un atelier et d’une cave à vin non chauffés, a également été assimilé à un vide sanitaire. Pour information, nous avons pu déterminer la température moyenne de chacun de ces locaux non-chauffés (calculées à partir d’une température extérieure de –7°C et intérieure de 21°C) ainsi qu’un « coefficient d’isolation » b s’approchant de la définition de U. sous-combles garagegrenier perdus buanderie température moyenne (°C) -1,2 -3,2 -6,7 coefficient d'isolation b 0,776 0,855 0,987 LNC
sous-toit -6,1 0,965
4) Etude des ponts thermiques Deux types de ponts thermiques existent : les verticaux et les horizontaux. Les verticaux sont de deux natures, le premier est de type sortant et le second entrant. Ils correspondent aux différents angles des murs de la maison, dans notre étude l’isolation est faite à l’intérieur de la structure. La structure hachurée correspond au refend et l’aire « écaillée » à l’isolation.
Pont thermique sortant
Pont thermique entrant
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Les ponts thermique horizontaux sont eux-aussi au nombre de deux : le premier est un pont thermique créé par le plancher du rez-de-chaussée et le deuxième est dû au plancher de l’étage, ce ponts thermiques n’étant pas classique nous avons cherché une équivalence dans le catalogue Climawin.
Pont thermique horizontal : Etage Pont thermique horizontal : Rez-de-chaussée
Enfin, étant donné que l’isolation du plancher est située vers le bas, un pont thermique supplémentaire peut-être évalué entre le cellier et le garage (local non-chauffé), tel que le présente le schéma ci-dessous :
Pont thermique horizontal : Cellier-garage
5) Etude des différentes pièces Une étude CLIMAWIN (RT-2005) présente plusieurs niveaux de hiérarchisation des pièces : une zone correspond à un même système de ventilation, un groupe utilise un même système de chauffage, puis un ensemble de pièce et enfin des unités (une pièce). Dans le cas de notre étude, la maison présente : une zone, un groupe, deux ensembles correspondant au rez-de-chaussée et à l’étage, et autant d’unités que de pièces. Il s’agit ensuite de définir chaque pièce (ou groupe de pièce) en précisant les parois adjacentes, leurs orientations, les menuiseries associées ainsi que les différents ponts thermiques. Les ponts thermiques sont définis selon la réglementation thermique RT2005. En réglant une température de consigne de 21°C pour le chauffage, pas de système de climatisation, le programme nous donne la consommation moyenne énergétique de chaque pièce
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Étude Énergétique d’une maison individuelle pour son chauffage. Nous pouvons de ce fait apercevoir les « puits » de chaleur de la maison et déterminer les zones à modifier pour augmenter le rendement énergétique de la maison. Pour plus de clarté, les résultats seront présentés à la fois sur le tableau 3 et sur les plans 4a et 4b.
étage 2
étage 1
pièce
conso kWh %chauffage
Chambre 1 Salle de Bain + WC Séjour - Salon + Cuisine Bureau Séjour - Salon Entrée Cuisine
1650 402 4339 1891 6117 1276 1218
5,68% 1,38% 14,95% 6,51% 21,07% 4,40% 4,20%
Cellier
1256
4,33%
Chambre 2 Chambre 3 Chambre 4 Chambre 5 Chambre 6 Placard Mezzanine
1707 2022 1883 1383 1464 1356 844
5,88% 6,97% 6,49% 4,76% 5,04% 4,67% 2,91%
Salle de Bain + WC
222
0,76%
Tableau 3 : Répartition des consommations en chauffage.
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Plan 4a : Plan de répartition des consommations en chauffage : Rez-de-chaussée.
Plan 4b : Plan de répartition des consommations en chauffage : Etage. On peut remarquer que 2 pièces consomment « plus » que les autres. Il s’agit de deux grandes pièces. La pièce dénommée séjour salon + cuisine possède deux ponts thermiques (coin sortant) et la
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Étude Énergétique d’une maison individuelle deuxième pièce est en contact avec un local non chauffé (local poubelle), le mur séparant ces deux pièces étant seulement constitué de deux plaques de Placoplatre séparées par 20mm d’air. Nous verrons dans la suite comment faire face à ce problème.
II)
Comparaison consommation
Les données, en termes de dépenses énergétiques, fournies par le propriétaire sont : Année 2007 2008
m3 de gaz consommé 4 137 4 492
kWh 45 679 49 591
Le coefficient de conversion m3 – kWh utilisé est proposée par GDF soit : 11,04 kWh.m -3. Cette facture énergétique doit être étudiée avant la comparaison avec le calcul de Climawin. La maison est dotée d’une chaudière à ventouse. C’est à dire que le gaz fournit l’énergie nécessaire au chauffage mais aussi à la production d’eau chaude sanitaire et dans une moindre mesure aux travaux culinaires. Selon l’ADEME, 80% de l’énergie consommée représente les besoins en chauffage, 15% pour l’eau chaude sanitaire et 5% pour la cuisson.
D’autre part, on estime généralement à 85% le rendement global d’une installation de chauffage chaudière basse température couplée au plancher chauffant. Ainsi, le calcul du besoin de chauffage réel de la maison est :
Q réel Q facture 0,85 0,8 32390kWh
De plus, la présence d’un nourrisson dans la maison (né en juillet 2007), impose une température de chauffage de 21°C. Il est également important de préciser que le plancher chauffant est défectueux, seulement certaines pièces sont chauffées. Cette asymétrie du chauffage risque d’entraîner une surconsommation d’énergie, difficile à évaluer. A l’issue de l’étude le logiciel présente les valeurs suivantes :
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La valeur proposée par le logiciel est légèrement inférieure aux données. La différence est de l’ordre de 8%. Cette différence peut-être expliquée par le disfonctionnement du chauffage, mais aussi par les incertitudes de calcul du logiciel. De plus certaines approximations interviennent dans le modèle : par exemple, les fenêtres en pignon à l’étage sont difficilement modélisables. Ce genre d’architecture joue le rôle d’ailette sur le toit et sont donc très déperditives. Elles sont ici assimilées à un petit mur et une fenêtre, les pertes sont surement sous-estimées.
La norme de Réglementation Thermique actuellement en vigueur (RT-2005) impose pour les maisons un Ubat référence qui tient compte de la taille de la maison. Dans le cadre de notre étude la référence a ne pas dépasser est 0,512W/m².K. L’Ubat est homogène à un coefficient de transfert thermique et correspond aux déperditions de la maison par m² de paroi. Le calcul de l’Ubat n’inclus pas les déperditions par renouvellement d’air à travers la VMC. En fin d’étude, le logiciel Climawin indique un coefficient Ubat=0,460W/m².K. On peut donc en conclure que la maison étudiée est conforme à la réglementation thermique au niveau de ses déperditions. Le coefficient de déperditions totales Ht=245 W/K.
Il est aussi intéressant de calculer les émissions de gaz à effet de serre de la maison. On sait que la combustion d’un kWh de gaz naturel rejette 0,28kg de CO2. Les factures de chauffage indiquent une consommation de 47 635 kWh, soit 13,3 tonnes de CO2 par an. On remarque très vite que la diminution d’un degré à l’intérieur de la maison entraîne l’économie d’environ 800kg de CO2 soit la pollution engendré par une voiture récente (140g de CO2/km) lorsqu’elle parcourt : 5 715 km.
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Étude Énergétique d’une maison individuelle Pour conclure, le diagnostic énergétique de la maison étudiée est le suivant :
III) Améliorations possibles La principale amélioration à apporter serait de changer les modes de vie, en diminuant le chauffage de 1°C on diminue la consommation de 7% (source ADEME). Selon Climawin on passe d’une consommation annuelle de 29 032 kWh à 26 834 kWh soit une diminution de 7,5%. D’autre part, la qualité de l’isolant joue beaucoup dans le calcul des pertes thermiques. La mise en place d’isolation entre la buanderie (local poubelle non-chauffé) et le salon, réduirait significativement les pertes thermiques. On passe alors d’une déperdition de 6 117 kWh pour le salon à 5 231 kWh avec seulement 20cm de laine de verre.
Quant à l’optimisation du système de chauffage, la première solution serait d’acquérir un régulateur qui permet de régler la température en fonction des jours de la semaine et des heures. En effet lorsque l’on dort, au chaud sous la couette, une température de 19°C peut sembler trop importante, et lorsque personne n’est présent dans l’habitation il parait aussi inutile de chauffer, cependant il faut éviter de chauffer beaucoup dés que l’on rentre et avoir d’énorme écart de température entre la journée et la soirée. L’étage est équipé de convecteur électrique qui ont la possibilité d’être en mode régulation ce qui facilite l’installation, de plus il existe maintenant des programmateurs sans fil qui communique avec la chaudière sans fil. Certains de ces régulateurs disposent d’une sonde extérieure qui permet d’anticiper et ainsi de disposer d’un asservissement plus efficace. Nous nous proposons aussi d’étudier l’extraction d’air de la maison. Celle-ci est équipée d’une VMC simple flux. On recommande de changer cette VMC par une hygroréglable, ce qui permet d’extraire l’air quand cela est nécessaire, ce qui a pour effet de réduire la perte de calories vers l’extérieur quand la maison est inoccupée et évacuer l’humidité lorsque c’est nécessaire. Ce système permet d’économiser de l’énergie à moindre coup. En effet, des kits VMC hygroréglabe existent à 400 euros ventilation et bouche. Les bouches d’extractions déterminent l’humidité de l’air dans la salle de bain et la cuisine, alors que la bouche des toilettes est équipée d’un capteur de présence qui
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Étude Énergétique d’une maison individuelle extrait l’air pendant une vingtaine de minutes après détection d’une personne. Ce type de VMC n’est pas la meilleure mais dans le cas d’une rénovation il est techniquement et économiquement absurde de prendre une VMC double flux. En effet, il faudrait envisager de gros travaux afin de passer les nouvelles gaines de soufflage.
Conclusion Clima-win permet de vérifier que les bâtiments sont dans les normes cependant, à l’heure actuelle où le respect de l’environnement est omniprésent, il est intéressant d’avoir le bâtiment le meilleur possible en respectant les normes HQE par exemple, mais ce type de construction ne peut pas être correctement simuler par Clima-win, en effet il est plus intéressant de simuler avec un logiciel qui prend en compte l’heure de la journée, auquel on peut donner des scénario critique comme un hiver très froid ou une canicule comme celle de 2003. Ce type de simulation permet de déterminer les déphasages, les périodes les plus chaudes ou les plus froides. Mais ce type de simulation demande de rentrer les paramètres de façon très précise. Dans certain bâtiment tertiaire il est possible d’éviter un système de climatisation si le déphasage est suffisant, Par exemple si le personnel de l’établissement fini a 17h et que la chaleur maximale admissible intervient seulement à 17h30 (avec le scénario de l’été 2003), on s’aperçoit qu’il n’est pas nécessaire de mettre un système de climatisation. Une fois les modifications effectuées afin d’optimiser le système de chauffage il est important de réaliser un suivi afin de vérifier que les propositions d’améliorations sont conforme à nos attente.
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