Home

Modélisation et positionnement de solutions - Finance

1. Adjacence Zone Est 1 Zone Est 2 Zone Ouest Escalier Zone Est 1 2 08 1 6 Zone Est 2 Zone Ouest 2 0 8 1 6 Escalier 7 1 4 R sultats Diagnostic de l existant Afin de dresser des pr conisations il est n cessaire d effectuer un diagnostic de l existant Quelles sont les pathologies du b timent Il sera alors possible de s lectionner les dispositifs pertinents Les r sultats sont obtenus pour diff rentes m t os dans TRNSYS Les besoins en hiver ainsi que l indice de confort en t sont valu s et les r sultats obtenus par simulation sous TRNSYS sont indiqu s dans les tableaux suivants Tableau 37 Besoins du logement collectif de 1900 non r nov Besoins kWh m an Lille Marseille Chauffage 105 45 Refroidissement 6 55 126 Tableau 38 Evaluation de l indice de confort cf 4 5 2 du ler mai au 30 septembre sur diff rentes p riodes du logement collectif de 1900 Pi ces Orientation des vitrages Lille Marseille Zone_Est1 Est 12 14 1 Mai Zone_Est2 Est 11 7 14 3 Zone_Ouest Ouest 7 8 13 Zone_Est1 Est 19 6 0 Juillet Zone_Est2 Est 19 8 0 Zone Ouest Ouest 19 8 0 Zone _Estl Est 0 02 11 7 Septembre Zone Est Est 0 02 11 6 Zone Ouest Ouest 0 02 16 a Zone_Est1 Est 17 2 14 9 Mai Zone_Est2 Est 17 3 14 9 septembre Zone_Ouest Ouest 16 4 16 Les besoins en
2. Ouvertures dans les parois internes chauffer MCP di Cr ation d espaces Parois internes Conservation Zonage thermique tampons nad Diminuer le rapport Addition de nouveaux Batiment sp Surface Volume Compacit volumes re Dispositifs d ombrage Ouvertures internes Limiter l blouissement P 8 mobiles Favoriser le couplage direct entre ad Espace vitr les espaces capteurs et les espaces a suppl mentaire Favoriser la Thermo circulation Ajouter ou modifier le cloisonnement les relations les ouvertures entre les pi ces Puits de lumi re Mezzanine Favoriser la circulation d air ou d eau a travers des tuyaux Distribution m canique Tuyaux Rev tement surfaces int rieures Traiter la surface des fa ades en augmentant la luminosit afin de distribuer l clairage naturel diminution du coefficient d absorption des parois Peinture papier peint de couleur et texture appropri es Th se de doctorat C FLORY CELINI 72 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 12 Association des strat gies et dispositifs climatiques la ventilation de l auteur Strat gies El ments Actions Dispositifs Favoriser la ventilation nocturne par ouverture des Fen tres Fen tres fen tres2 Ouvrir pour favoriser la Ouvertures auto circulation de l air r glables Parois internes D
3. hMURExT25 fron 10000 kJ h m K Zone virtuelle de volume 0 003m BMURINT25 back 10000 kJ h m K h m K BMURINT25 _front 11 Int rieur Figure 37 Descriptif de la zone virtuelle vue de haut 6 6 2 2 R sultats Les besoins en chauffage sont valu s pour la p riode allant du 1er octobre au 31 avril pour une m t o de Trappes La temp rature de consigne est de 20 C En outre on ne consid re aucun gain interne et les infiltrations sont suppos es nulles Une hypoth se de sol 12 C sur toute l ann e a t retenue Le pas de temps consid r dans la m thode forts coefficients convectifs est de 1h dans tous les cas NI 118 Tableau 29 Comparaison des deux m thodes pour un batiment non isol AECE B timent fort Ecart entre les deux q coefficient convectif m thodes en Besoins sur une 1h TRNBuild 22254 76 1h Isibat 0 55 p riode de 22131 74 euke TNA 2h TRNBuild 22172 12 2h Isibat 0 18 Evolution des temp ratures sur 2 jours d t 35 Temp rature C Heures 10 i 4800 4825 4850 TempExt Temp_zone_mur50 Temp_zone_mur25 Figure 38 Evolution des temp ratures sur deux jours d t sur les deux b timents non isol s 6 6 2 3 Conclusions La diff rence de temp ratures maximum relev e entre les deux b timents est de 0 19 C en t L cart au niveau des besoins thermique
4. La toiture v g talis e Convient tr s bien aux immeubles notamment en zones urbaines Dans les r gions urbaines les terrasses jardins ou toitures jardins permettent de r duire la consommation d nergie n cessaire pour chauffer ou climatiser les b timents r duisant du m me coup les missions de gaz effet de serre gr ce l ombrage et l vapotranspiration fournies par les plantes et une valeur isolante accrue ces avantages s ajoutent aussi l accroissement de la dur e de vie des membranes de toit l ajout d espaces verts et l augmentation de la valeur immobili re Ces jardins peuvent galement jouer un r le important dans la gestion des eaux pluviales en retardant et en r duisant l coulement de l eau de pluie vers les collecteurs limitant ainsi le risque de d bordement des gouts r seaux d eau pluviale La r sistance m canique de la structure doit toutefois tre v rifi e Les toitures bassin N cessite une bonne tanch it de toiture et d y associer une bonne protection nocturne en hiver ye 1 ap 3214 INITHO AYOTA D FeLOPOP Vp SSL 87 preuseg pne AISIOAIUN La fa ade double N cessit d avoir de l espace disponible en fa ade Ne convient pas toujours aux b timents r sidentiels car elle peut entra ner P P P J P 3 peau des surchauffes en t moins d tre associ e une gestion des volets et de la ventilation corr
5. Protection i ta te_Lill A Protection Le m4 store opaque es E i parer ii U_mur gt 2 0 w rr K 0 6 Were A IndConf_Ete_Lill U_ nur j E 20W ne K E oew mK sans protection J Protection gt sans protection store opaque Figure 52 Etude des effets d interaction X3 X4 sur la r ponse Indice de confort d t du logement collectif de 1900 a Lille L effet du facteur Protection est fortement n gatif si l isolation du mur est au niveau bas 13 47 gt 4 72 tandis qu il est pratiquement nul si le mur est isol 7 337 31 AlndConf_Ete_Lil Volets A Protection ae store opaque Brae B i Vent_naturelle 1 1 gt AlndConf_E te_Lill Vent_naturelle E ots sans protection Volets A 1 gt Figure 53 Etude des effets d interaction X3 X5 sur la r ponse Indice de confort d t du logement collectif de 1900 Lille L effet du facteur Protection est pratiquement nul si la ventilation naturelle est au niveau bas 7 9148 67 tandis qu il est fortement n gatif si la ventilation est au niveau lev ventilation naturelle 12 89 gt 3 35 Th se de doctorat C FLORY CELINI 138 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie 7 1 6 3 2 Etude des effets d interaction Marseille IndConf_Ete_Mar Figure 54 Etude des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour logeme
6. 20h 6 7 7 8 1 20 de 20 21h 6 8 0 1 20 de 21 22h 6 7 0 1 20 de 22 23h 6 2 0 0 80 de 23 24h 54 0 0 80 Les hypoth ses concernant le mod le d humidit sont d crites dans la partie pr c dente cf 6 2 60 Concerto fait partie du projet europ en Renaissance vise en la r alisation de quartiers urbains exemplaires a Bracknell Royaume Uni Saragosse Espagne et Lyon en terme d efficacit nerg tique et d utilisation d nergies renouvelables Dans le cadre de ce projet des monitorings ont t r alis et ont donn es lieu aux valeurs de charges internes pr sent es dans le tableau 124 Tableau 33 Coefficients d humidit consid r s dans les diff rentes zones cf Figure 41 Surface Coeur K 0 1 B 4 12 K 0 1 B 4 13 K 0 1 p 5 15 K 0 1 B 3 9 Le traitement des ponts thermiques est tir de la r glementation thermique Pour la liaison entre paroi ext rieure et refend ou plancher interm diaire les valeurs Plancher interm diaire mur ext rieur Cstb 2000 sont retenues avec un mur isolation r partie terre cuite Les paisseurs maxima disponibles sont consid r es 25cm et entre 30 et ee 0 7 GE 40cm Il vien 7 1 3 D coupage des zones thermiques sous TRNSYS et mod lisation a raulique Afin de mod liser l appartement un zonage est effectu comme indiqu sur la Figure 41 Escalier Zone Est 2 Zone
7. capacit efficace tait pressenti N anmoins le manuel de TRNSYS ne sp cifiant pas le calcul du ratio d humidit la difficult r sidait au choix de ce param tre non explicitement d finit Le mod le tampon hygroscopique a donc t tudi Il int gre c ur du tampon Ce mod le suppose qu un tampon hygroscopique fictif peut repr senter l absorption et la restitution de la vapeur par l ensemble des mat riaux solides pr sents dans une zone Il s pare le stockage d humidit la surface et dans le c ur du tampon Chaque tampon est d fini par trois param tres la pente de l isotherme de sorption du mat riau la masse du mat riau et le coefficient d change Th se de doctorat C FLORY CELINI 109 Universit Claude Bernard N ud de la zone Stockage en Stockage en surface i profondeur surf Sdeep Pente de l isotherme Pente de l isotherme de sorption du de sorption du mat riau mat riau Masse du mat riau Masse du mat riau Mur Maeep Figure 31 Mod le de tampon hygroscopique Il pr sente toutefois quelques d sagr ments non clarifi s dans le manuel Comment d terminer la profondeur de p n tration d dans le cas d un tampon compos de plusieurs mat riaux Les hypoth ses retenues pour le calcul de sur et Saeep sont pr sent es pour des bureaux ce qui ne correspond pas au cadre de notre tude Dans la litt rature on trouve le mod le de DUFORESTEL Duforestel et al
8. l b14 i b14 b24 i bea f f b34 I 1 f f b34 f f b15 q l l l b15 I b25i b25 1 b35 1 f b35 b45 l l b45 I 1b16 b16 f f b26 f f f b26 f l I bb36 l l T b36 i 1b46 b46 I 1 b56 4 I 1 b56 I I f I b b17 1 B b17 f I f I b27 f I i f b27 f I b37 ei l l b47 l l b47 i i 1b57 b57 l l E b67 l l l I b67 l l I i b18 i 1 I b18 ji bi 8 1 l b38 l l l l b38 l I bai me f I E b58 f f i i b58 f I I I b68 1 I I b68 I h b78 I I I b78 I Lille Marseille Figure 68 Effets de la r ponse Besoins en chauffage sur la maison individuelle de 1966 Probabilit A gt gt 33 37 16 69 0 00 16 69 33 37 i 8 56 17 13 2569 3425 42 81 Effet Effet Figure 69 Repr sentations graphiques Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Besoins en chauffage pour la maison individuelle de 1966 Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI 153 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie PE 8 Probabilit Probabilit A A gt gt 20 70 10 35 0 00 1035 20 70 5 48 1097 1645 2193 27 41 Effet Effet Figure 70 Repr sentations graphiques Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Besoins en chauffage pour la maison individuelle de 1966 Marseille Des effets similaires sont obtenus
9. P prog prestig 7 co teuse Suivant la hauteur de ses assises le mur est dit en petit en pierre de Pierres de taille Q taille appareil moins de 20cm en moyen appareil de 20 35cm ou en a grand appareil plus de 35cm Parements a ext rieurs Pierres de taille Programme prestigieux galement Les pierres de taille ne sont appareill s ton de chaux ou utilis es que pour les parements ext rieurs Le coeur du mur es ppareill b ton de ch tilis es que pour les p ts ext ri L d t et c ur en pierres ordinaires coul ou mont en b ton de chaux ou en pierres ordinaires 5 fourrure n A n g 3 Pierres ordinaires Les murs porteurs de 50cm d paisseur sont constitu s par deux h D Ma onnerie g nays 5 AS mortier de chaux rang es d l ments S a ordinaire aa ore puis b ton de chaux Murs les plus couramment utilis s Murs en galets Galets bain de Cette construction est sp cifique aux r gions o les galets se trouvent en abondance et o il n y a pas de pierres ordinaires proximit Sud est vall e de la Durance Valensole Crau Bas Dauphin dans le Sud Ouest vall e de la Garonne pi monts des Pyr n es en Auvergne Limagne et dans le Lyonnais Son usage est relativement r cent pas ant rieur la fin du XV s Les murs de refend sont le plus souvent en pis ou en briques Murs en briques On distingue la brique crue et la brique cuite Ce
10. VN pamm pu l TIM FP Toiture Stores MCP V N P dice de confort d t T T T T T 20 40 60 80 100 oO Figure 88 Comparaison des diff rentes solutions pour la maison individuelle situ e Marseille Th se de doctorat C FLORY CELINI 168 Universit Claude Bernard 7 3 Conclusions sur les applications de la m thodologie La m thodologie MEXPER a t appliqu e sur deux b timents de r f rence un logement collectif de 1900 situ en milieu urbain et une maison individuelle d apr s guerre en milieu rural Pour chacun de ces batiments deux zones g ographiques ont t consid r es Lille et Marseille Les b timents ont t mod lis s gr ce aux caract ristiques des parois glan es dans la litt rature sp cifique La grande diff rence dans leur mod lisation r side dans la prise en compte des coefficients de pression issus de tables pour la maison individuelle et calcul s par un logiciel sp cifique qui consid re la densit urbaine la g om trie du b timent et sa hauteur pour le logement collectif de fa on mieux int grer la strat gie de ventilation naturelle Que ce soit sur la maison individuelle ou sur le logement collectif on note deux grandes tendances en fonction de la zone g ographique dans le Nord de la France les besoins en chauffage sont plus cons quents tandis que dans la zone m diterran enne c est le confort d t qui constitue une pri
11. Ventilation naturelle Inertie 975 1 49 Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie 1195 1 50 Fen tres performantes Ventilation naturelle Inertie 9991 2 51 Calfeutrement Fen tres performantes Ventilation naturelle 10211 2 Inertie 52 Volets Ventilation naturelle Inertie 3229 1 53 Calfeutrement Volets Ventilation naturelle Inertie 3449 1 54 Fen tres performantes Volets Ventilation naturelle Inertie 12245 2 55 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Ventilation 13440 3 naturelle Inertie 56 Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie 36575 2 57 Calfeutrement Isolation transparente Ventilation naturelle 36795 2 Inertie 58 Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation 45501 3 naturelle Inertie 59 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 45811 3 Ventilation naturelle Inertie 60 Volets Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie 38829 2 61 Calfeutrement Volets Isolation transparente Ventilation 39049 2 naturelle Inertie Fen tres performantes Volets Isolation transparente a Ventilation naturelle Inertie d SE S 63 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 48065 3 transparente Ventilation naturelle Inertie Th se de doctorat C FLORY CELINI 192 o lolw lolw lololo lalololoj lolajloj lol a RR a A H A aee e
12. a gt zZ Z N SOLUTIONS c E E 28 Volets Isolation transparente Ventilation naturelle 37854 1 29 Calfeutrement Volets Isolation transparente Ventilation naturelle sw 30 Fen tres performantes Volets Isolation transparente 46870 2 Ventilation naturelle 31 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 47090 2 transparente Ventilation naturelle 32 Inertie 975 1 33 Calfeutrement Inertie 1195 1 34 Fen tres performantes Inertie 9991 2 35 Calfeutrement Fen tres performantes Inertie 10211 2 36 Volets Inertie 3229 1 37 Calfeutrement Volets Inertie 3449 1 38 Fen tres performantes Volets Inertie 12245 2 39 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Inertie 13440 3 40 Isolation transparente Inertie 36575 2 41 Calfeutrement Isolation transparente Inertie 36795 2 42 Fen tres performantes Isolation transparente Inertie 45591 3 43 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 45811 3 Inertie 44 Volets Isolation transparente Inertie 38829 2 45 Calfeutrement Volets Isolation transparente Inertie 39049 2 46 Fen tres performantes Volets Isolation transparente Inertie 47845 3 47 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 48065 3 transparente Inertie 48
13. absence d isolation rapport e l int rieur o a l ext rieur dans l tat d origine planchers bas en bois sur cave ou poutrelles m talliques sur commerces ou caves planchers hauts lattis pl tre sous toiture ou terrasses d butantes des menuiseries bois simple vitrage des contrevents en bois ou persiennes m talliques Sont distingu s dans l tude de Grauli re 2005 plusieurs types d immeubles collectifs dont l immeuble de bourg l immeuble historique caract ris s par des fa ades ornement es g n ralement prot g es ou faisant partie d un ensemble sauvegard ou d un p rim tre de protection l immeuble ouvrier l immeuble haussmannien et post haussmannien qui appara t d s les ann es 1840 jusqu au d but du XX me si cle sur lequel l intervention par l ext rieur est difficilement r alisable l immeuble clectique pr sentant galement des fa ades ornement es tr s d coup es avec l utilisation de bow window d tages en retraits de mod natures tr s importantes des fen tres de formes diff rentes et l immeuble type HBM regroup s autour de cours tr s d coup es favorisant ainsi l clairage et la ventilation naturelle tous les tages Coignet 2005 apporte des informations compl mentaires concernant la structure des mat riaux utilis s durant cette p riode Ces l ments sont r sum s dans le Tableau 16 le Tableau 17 et le Tableau 18 Tableau 16 Caract ristiques
14. pour le logement collectif a Lille Quand le facteur U3 Protection est au niveau bas pas de protection solaire l effet de la ventilation naturelle du niveau 1 au niveau 1 est pratiquement nul si U_Mur est de 2 W m K 14 32 gt 13 63 mais cet effet est tr s positif pour U_mur 0 60W m K 2 44 gt 16 73 Quand le facteur U3 Protection est au niveau haut protection solaire l effet de la ventilation naturelle du niveau 1 au niveau 1 est pratiquement nul si U_Mur est de 2 W m2 K 4 20 gt 3 18 mais cet effet est tr s n gatif pour U_mur 0 60W m2 K 13 19 gt 1 48 d Type de fen tres Ai Protection a lndConf_Ete_Lill store bpaque Simple vitrage EA M Double vitrage Type de fen tres gt gt Pa store opaque Protection i sans protection Simple vitrage Double vitrage AindConi_Ete_Lil Protection Fa M sans protection Lo Mi store opaque sans protection er Peu Type de fen tres gt Simple vitrage Double vitrage Figure 51 Etude des effets d interaction X2 X3 sur la r ponse Indice de confort d t du logement collectif de 1900 Lille L effet du facteur Protection est fortement n gatif si le b timent est quip de simple vitrage 14 30 gt 2 55 mais cet effet est pratiquement nul pour un double vitrage peu missif 9 26 gt 8 48 gt de doctorat C FLORY CELINI 137 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie
15. une consommation annuelle estim e apr s une am lioration de la consommation existante dans le cas d une r novation Dans le cas d tudes plusieurs facteurs on est souvent amen r aliser un grand nombre d essais L utilisation de plans d exp riences permet d optimiser l organisation des essais pour l laboration de mod les exp rimentaux de grande pr cision Pour un m me nombre d essais leur structuration selon la m thode des plans d exp riences permet d accro tre la pr cision de la mesure des effets des facteurs pris en compte Gidel 2001 Ceci n est qu un des avantages de cette m thode Elle permet aussi d tudier un grand nombre de facteurs d optimiser le nombre d essais r aliser utile lorsque le nombre de facteurs est important de d tecter et de quantifier d ventuelles interactions et enfin de mod liser simplement les r sultats mod les polynomiaux En voyant le b timent comme une association d l ments toiture fen tre mur ventilation plancher les plans d exp riences permettent de dresser un organigramme d cisionnel en terme d intervention sur le b timent en fonction des r ponses tudi es Le recensement des diff rentes solutions bioclimatiques permet d identifier quels l ments du b timent et quel niveau de r novation elles correspondent Ainsi les mat riaux changement de phase sont associ s aux cloisons internes l g res Pour choisir les solutions
16. 125 7 1 4 R sultats Diagnostic de l existant sssini sieis rese 126 7 1 5 Optimisation du dimensionnement du mat riau isolation transparent sur le logement Collectio anaE A e E AA E E in te RE i 129 7 1 6 Plans d exp riences sur le logement collectif 130 7 1 6 1 Etablissement de la strat gie exp rimentale 130 7 1 6 2 R sultats des plans d exp riences en p riode froide 0 eee eeeeseteeeeseneeeeeeeeeees 132 7 1 6 3 R sultats des plans d exp riences en p riode chaude 134 7 1 6 3 1 Etude des effets d interaction Lille 135 7 1 6 3 2 Etude des effets d interaction Marseille 139 7 1 7 Conclusions sur les plans d exp riences r alis s sur le logement collectif de 1900 140 7 1 8 Organigrammes d cisionnels pour le logement collectif de 1900 141 7 1 8 1 Appartement situ Lille ss 141 7 1 8 2 Appartement situ Marseille ss 142 7 1 9 Comparaison des solutions bioclimatiques sur le logement collectif de 1900 142 7 2 M thodologie appliqu e une maison individuelle construite en 1966 145 7 2 1 Typologie d une maison individuelle des ann es 1950 1975 oo cesses eects este eeeeeeeseneees 145 7 2 2 Mod lisation de la maison individuelle d apr s guerre 146 7 2 2 1 Hypoth ses de simulation sedis cases espe veve stvescasssvasesh dh duevdnes naiss 147 7 2 2 2 D coupage des zones thermiques dans TRNBUILD 147 Z 9 2 3 Mod lisation a rauli
17. 1994 qui est empirique et repr sente le comportement de l humidit de lair int rieur en pr sence de mobilier peu ou tr s absorbant Cette m thode tient compte des caract ristiques internes d une pi ce et consid re un tampon fictif non localis qui repr sente l impact de l ameublement sur l air int rieur travers le ph nom ne de transfert En cherchant des quivalences entre ce mod le et celui propos dans le manuel de TRNSYS pour simplifier la d termination de fsurf et Saeep les param tres sont finalement d termin s de la fa on suivante 1 Ksurf et Kdeep Ksurf est lu dans le tableau suivant et Kdeep est pour nos cas d tude gal a un plusieurs mat riaux 2 Ssurf et Sdeep Elegy Arap tee pour un materiau absorbant Bue F7 yay Toy La valeur fer de TRNSYS est gard e qui permet de d duire surf selon le mod le retenu 0 071 pour un marian peu absorbant 3 Msurf et Mdeep M ut ge M sey aay Murs est donn e par TRNSYS Pour le calcul de d si on consid re que la surface n est compos e que d un seul mat riau on trouve os pi 5 saf On en d duit Msurt puis Maeep 0 00783 110 Tableau 22 Caract ristiques des mat riaux pour les mod les d humidit sous TRNSYS Mat riau Densit p E HE sau ae re R sistance de kg m Re diffusion p B ton lourd 2200 0 04 70 150 B ton poreux 600 0 05 0 08 5 10 Brique de chaux 1900 0 03
18. Aulagnier S Couturier B Greffier T Perrin JF Atelier Changement Climatique Ecole Nationale des Ponts et Chauss es http www enpc fr fr formations ecole_virt trav eleves cc cc0405 batiment doc _Toc96784165 2005 203 Azar et al 2007 R novation et Efficacit nerg tique Approche Multicrit res Azar S Baltus C Hauglustaine JM Contrat LAPT ULg EDF R f 4300015759 Logiciel REFLEX R novation Efficace d un Logement EXistant Universit de Li ge Juillet 2007 Baltus et al 2003 Types de chassis Catherine BALTUS et Jean Marie HAUGLUSTAINE LEMA D partement d Architecture et d Urbanisme Universit de Li ge R gion Wallonne R alisation Institut Wallon asbl Boulevard Fr re Orban 4 5000 Namur 2003 Beckman 1971 The Solution of Heat Transfer Problems on a Digital Computer Beckman W A Solar Energy 13 3 1971 Becq 2007 Une r glementation thermique des b timents existants un premier pas timide Becq S http www amisdelaterre org Une reglementation thermique des html 2007 Berges 1986 Analyse d un Comportement Conductif de l Enveloppe d un B timent Recherche de Mod les de Transfert Adapt s au Couplage Enveloppe Equipement R gulation B Berges Th se de Doctorat Universit de Nice 1986 Birraux et al 2001 Rapport de MM Claude Birraux et Jean Yves Le D aut au nom de l Office parlementaire d valuation des choix scientifiques et technologique
19. La m thodologie adopt e consiste privil gier l approche outil et par cons quent am ne d crire le b timent existant dans un outil de simulation nerg tique D autre part face aux innombrables possibilit s de r novation nous avons cherch limiter le nombre de simulations possibles En outre dans cette recherche de r duction du nombre de simulations il existe plusieurs possibilit s soit limiter en amont par une connaissance m tier approche experte par exemple soit consulter des experts soit se baser sur des cas similaires soit tester plusieurs solutions en faisant appel aux techniques de la recherche op rationnelle dite classique soit ne rien faire ou soit utiliser la m thode des plans d exp riences Ainsi en appliquant la m thode des plans d exp riences si l on souhaite comparer 8 facteurs une des familles des plans d exp riences plans de Hadamard am ne consid rer 12 exp riences tandis que l on passe 256 2N par l approche classique L objet de cette partie est de justifier le choix de l approche retenue la m thodologie experte par les plans d exp riences 2 1 Etat de l art des m thodologies existantes En cherchant pr coniser des solutions pour un b timent existant l homme d tude est souvent amen r aliser un tr s grand nombre de simulations Une autre r ponse consiste ne consid rer qu un syst me et le tester avec le risque qu il ne so
20. Les r sultats obtenus pour les deux zones g ographiques sont pr sent s 7 1 5 Optimisation du dimensionnement du mat riau isolation transparent sur le logement collectif Comme pr cis dans la partie traitant de cette solution les donn es disponibles dans la litt rature poussent opter pour le choix du Type 35 Fen tre Deux param tre sont renseigner le facteur solaire et la conductance thermique Ainsi les valeurs limites suivantes sont retenues facteur solaire compris entre 0 45 et 0 65 conductance thermique variant entre 0 6 et 2 W m2 K L optimisation du syst me a t r alis e pour plusieurs valeurs initiales et plusieurs incr ments et les valeurs r duisant au mieux la fonction co t sont indiqu es dans le Tableau 39 Tableau 39 Valeurs optimis es obtenues pour le choix de TIM d un logement collectif de 1900 Lille Marseille Facteur g 0 65 0 45 U W mK 0 6 0 6 Mat riau correspondant Tl Compound System Cast Glass Elements Des pr conisations diff rentes de mat riaux sont donc obtenues Lille et Marseille Dans les deux cas plus faible est le coefficient de d perdition meilleure est l isolation En revanche autant Lille le facteur solaire est important autant Marseille il est faible ceci signifie que l isolation devrait tre plus paisse et plus transparente Lille tandis qu Marseille elle devrait tre plus paisse mais m
21. Pour plus d informations le lecteur est renvoy aux ouvrages suivants Maystre et al 1994 et Roy et al 1993 M thode des distances Les solutions sont class es entre elles en fonction de leur distance valu e sur la base d une m trique d finie dans l espace des crit res par rapport a une solution id ale ayant pour performances les meilleures performances de toutes les solutions analys es Dans la d finition de la m trique entrent en jeu les poids des diff rents crit res ainsi qu un facteur de compensation qui exprime a quel point une contre performance sur un crit re peut tre compens e par une bonne performance sur un autre M thode ELECTRE III cf Figure 90 Elle est bas e sur des relations de sur classement m thode ELECTRE En particulier dans ELECTRE III a chaque relation de sur classement est attribu un degr de cr dibilit variable sur une chelle continue entre 0 pas cr dible et 1 s r Ces degr s de cr dibilit un pour chaque couple de solutions sont valu s l aide d un nombre important de param tres selon un algorithme bas sur les notions de concordance et de discordance Finalement une proc dure distillation permet d exploiter les degr s de cr dibilit pour hi rarchiser les solutions Ce classement admet des situations d incomparabilit entre les solutions M thodes PROMETHEE cf Figure 91 M thodes de la m me famille qu ELECTRE III qui associent cha
22. Type de fen tres est au niveau haut double vitrage basse missivit l effet de la ventilation naturelle du niveau 1 au niveau 1 est positif pour Umur 2 W m K 10 68 gt 14 02 et pour Umur 0 60 W m K Th se de doctorat C FLORY CELINI 139 Universit Claude Bernard On peut aussi interpr ter l effet du facteur U3 il est fortement positif AVent_naturelle AVent_naturelle 0 60 W m K Simple vitrage Double vitrage Low E Figure 56 Etude des effets d interaction X2 X4 X5 sur la r ponse Indice de confort d t pour le logement collectif Marseille 7 1 7 Conclusions sur les plans d exp riences r alis s sur le logement collectif de 1900 L tude des effets des diff rents facteurs a t r alis e Au d part nous avons consid r des plans de Hadamard Flory Celini et al 2006 pour lesquels seuls les effets du premier ordre taient tudi s Cet exercice nous a permis de nous initier aux plans d exp riences En int grant des effets d ordre sup rieur m me s ils n cessitent l analyse de plusieurs ph nom nes les interpr tations sont plus ais es Cette tape requiert une certaine exp rience de la m thode de fa on synth tiser toute la richesse de l analyse Une fois cette exp rience acquise par des exercices appropri s ou alors par une formation ad quate il est alors possible d interpr ter les r sultats Selon la zone g ographique des r sulta
23. amp Case 0B 2005 Izard 1993 Architectures d t Construire pour le confort d t Izard JL Ed Edisud 1993 Joffroy 1999 La r habilitation des b timents conserver am liorer restructure les logements et les quipements Edition Le Moniteur 1999 Joret et al 1999 Vitrages isolation thermique renforc e Laurent JORET Anne PROST Techniques de l ing nieur 1999 Jusselme 2007 T Jusselme Les fondamentaux du bioclimatisme http www envirobat med net IMG pdf TJ LesFondamentauxduBioclimatismeENVIROBAT pdf EnviroBAT m diterran e B timent et am nagement du Territoire GEPA Juillet 2007 Kaklauskas et al 2004 Multivariant design and multiple criteria analysis of building refurbishments Kaklauskas A Kazimieras Zavadskas E Raslanas S Energy and Buiding 2004 Kasuda et al 1965 Earth Temperature and Thermal Diffusivity at Selected Stations in the United States Kasuda T and Archenbach P R ASHRAE Transactions Vol 71 Part 1 1965 Kaushika et al 1992 Solar thermal analysis of honeycomb roof cover system for energy conservation in an air conditioned building Kaushika N D Sharma M S Padmapriya R Energy and Buildings 18 1 45 49 1992 Kondo 2000 Kondo T amp al Research on the thermal storage of PCM wallboard Workshop for international Energy Agency Annex 10 9 p Japan 2000 Kumar et al 2006 Heating and cooling potential of an earth to air heat exchanger u
24. analyse de la variance Ils sont rest s du domaine de quelques sp cialistes et leurs applications industrielles ont t r duites du fait de la complexit des calculs qu ils n cessitent jusqu l arriv e des moyens informatiques puissants Souvay 1995 cit par Filfi 2006 Citons F rbringer 2006 16 L argument cl pour faire l apologie des plans optima est qu il y a toujours un plan d exp rience Il vaut donc mieux le construire de mani re logique avant l exp rience que de devoir ensuite utiliser des outils statistiques extr mement complexes pour tirer de l information pertinente des r sultats d un mauvais plan La m thodologie des plans d exp riences correspond une pr pond rance accord e la r flexion au d triment de l exp rimentation L objectif de la m thode appliqu e la simulation thermique dynamique du b timent est d obtenir un maximum d informations avec un minimum de simulations En effet pour un probl me d fini diff rentes solutions peuvent tre test es valu es et compar es Une organisation syst mique des simulations acc l re l obtention des r sultats en diminuant en m me temps le risque d erreurs Filfi 2006 16 F rbringer 2006 M thodologie des plans d exp riences Notes de cours F rbringer JM EPFL Institut de Technique du B timent Laboratoire d nergie solaire et de physique du b timent 2006 51 Notons qu un plan d exp riences est r a
25. avant veille etc a Constante comprise entre 0 et 1 La valeur recommand e est 0 8 et est retenue dans cette tude Les limites de temp ratures estivales pr sent es sur cette figure sont essentiellement tablies sur des tudes men es dans des b timents de bureaux Cependant bas sur la connaissance g n rale sur le confort thermique et les r ponses humaines on peut supposer que les limites peuvent s appliquer d autres b timents comparables o les activit s sont principalement s dentaires comme les logements Les possibilit s d adaptation du comportement sont relativement nombreuses en particulier dans les logements l une 34 Le vote moyen pr visible est fortement d pendant du m tabolisme et du pouvoir isolant des v tements Il est difficile de pr voir ces variations dans n importe quelle situation r elle L utilisateur du PMV est par cons quent forc de faire des hypoth ses au sujet de la future v ture des personnes et de leur activit bas es sur tr s peu d informations 35 Qui tient compte des moyennes mensuelles de la temp rature 36 Selon cette norme les b timents non climatis s sont les b timents non quip s de climatisation et pour lesquels la r duction des temp ratures int rieures lev es en saison chaude repose sur d autres techniques telles que taille mod r e des fen tres protections solaires ad quates utilisation de la masse du b timent ventilation naturelle ventilation
26. comprise entre 10 et 20 en dessous de la consommation de r f rence de la RT 2005 ce qui est loin des exigences Passivhaus Minergie Effinergie qui sont 50 de r duction EnviroBat 2007 Certification Effinergie depuis 2005 son objectif est de cr er une dynamique en France autour des constructions et r habilitations basse nergie Inspir par les enseignements d une tude CSTB PREBAT et par le succ s d initiatives type PASSIVHAUS Allemagne et Minergie Suisse ce groupe de travail s est formalis en 2006 par la cr ation du Collectif Effinergie Ce collectif a d fini avec la DGUHC Direction g n rale de l urbanisme de l habitat et de la construction le niveau de la basse nergie ou basse consommation nerg tique pour le neuf arr t du 8 mai 2007 relatif au contenu et conditions d attribution du label haute performance nerg tique publi au Journal Officiel du 15 mai 2007 Pour l existant une offre correspondante est planifi e pour la fin de l ann e 2007 25 ntroductic Le chantier des b timents existants est d ailleurs d actualit avec le Grenelle de l environnement lanc par le gouvernement qui projette d engager le chantier ambitieux de r novation des b timents afin de r aliser des conomies d nergie de 20 dans les bureaux et de 12 dans les logements priv s d ici cing ans et d un tiers d ici 2020 a indiqu le climatologue Jean Jouzel cit par Le Nouv
27. es bien s r en ayant pour leitmotiv l quilibre entre le b timent l environnement et l occupant base de la conception bioclimatique L application de ces principes passe par l installation de dispositifs sp cifiques largement pr sent s en annexes Les dispositifs s lectionn s pour les applications d coulent essentiellement du niveau de r novation et des mod les existants Cette analyse diff re des ouvrages existants tels que Collard et al 1996 European Commission 1997 Courgey et al 2006 ou encore Hauglustaine et al 2002 qui n associent pas les solutions de r novation au degr de travaux que compte r aliser le d cideur En terme de b timents existants les principes bioclimatiques sont plac s dans le cadre d une r novation L application directe est l association des dispositifs climatiques des niveaux de r novation cf 2 3 Au pr alable les diff rents niveaux de r novation sont pr sent s et d finis 44 2 3 Les solutions climatiques associ es aux niveaux de r novation La r novation d un b timent est un processus complexe qui n cessite une certaine coordination entre les diff rents intervenants faute de quoi il peut engendrer de nouveaux probl mes d ordre structurel ou thermo a raulique pour le b timent Une planification long terme rev t donc la plus haute importance pour sa r ussite Il est n cessaire de bien r fl chir avant une r novation et d tudie
28. homme d tudes loisir de choisir le ou les indicateur s lui semblant pertinent s Ainsi si un syst me actif sp cifique est identifi l homme de l art peut se baser sur les consommations Par ailleurs nous avons opt pour le confort en t car l approche bioclimatique sous tend d viter l utilisation de syst mes actifs durant cette p riode Ces exp riences d terminent l influence de la variation des diff rents facteurs du b timent sur les performances thermiques retenues et permettent de dresser un organigramme d cisionnel en termes d interventions nerg tiques sur un b timent construit avant 1975 phase 4 Les facteurs qui peuvent tre les param tres thermo physiques des l ments du b timent sont ensuite associ s des dispositifs bioclimatiques phase 5 Si dans le diagnostic du b timent on identifie une solution climatique unique associ e un l ment elle pourra tre optimis e directement fl che en pointill orange sur la figure Elle constituera donc le niveau lev des plans d exp riences Le dimensionnement des dispositifs s effectue par le logiciel d optimisation qui selon un crit re nerg tique et conomique dimensionne les solutions pour r pondre des contraintes d t et d hiver phase 6 Enfin une comparaison des performances de ces dispositifs est effectu e phase 7 22 Les actions efficaces se situent au niveau de la d finition des actions dans la d march
29. industrie 2006 fixe la r partition par nergie de l objectif national d conomies d nergie 54 TWh pour la p riode du ler juillet 2006 au 30 juin 2009 Si les vendeurs d nergie ne parviennent pas remplir leurs obligations dans le temps imparti ils devront s acquitter d une p nalit lib ratoire 23 Tableau 1 Evolution de la R glementation thermique RT en France de l auteur Ann es Caract ristiques 1974 L objectif est de r pondre rapidement l augmentation du prix de l nergie Pour ce faire cette r glementation consiste calculer un coefficient G de d perditions globales travers l enveloppe sans se pr occuper des consommations Applicable aux b timents neufs 1982 Les besoins de chauffage d duisent d sormais des d perditions globales les apports solaires et internes coefficient B Applicable aux b timents neufs 1988 Alors que jusqu pr sent on parlait uniquement de besoins on caract rise d sormais les consommations en tenant compte des rendements des syst mes via le Coefficient C Applicable aux b timents neufs 2000 Elle s exprime sous forme de performances atteindre Une consommation de r f rence est tablie La consommation du b timent tudi doit tre inf rieure la consommation de r f rence ou des performances minimales garde fous Applicable aux b timents neufs 2005 Il y a la RT 2005 pour le neuf et en plus pour l existant o
30. me actif de chauffage ne sont pas int gr es Le nombre de zones est 10 NI 148 R sultats de l application de la m thodologie Figure 65 Plan du sous sol Figure 67 Plan de l tage Tableau 47 Dimensions des portes Porte sous sol ext rieure Petite porte int rieure Grande Porte RDC Porte ext rieure Petite porte tage Th se de doctorat C FLORY CELINI D signation sous TRNFLOW PORTSS005 PTPTEINTO01 GDPTERDC002 PORTEXT004 PTPTEETA003 149 Dimensions 2 2 61 5 22 m 2 1 375 2 75 m 2 1 595 3 19 m 2 1 875 3 75 m 1 1 1 m Universit Claude Bernard Tableau 48 Adjacence des zones y Sous Pi ces de Adjacence sol service Sous sol sup Pi ces de service OUEST S jour Chamb 1 Chambre 2 Chambre 3 S jour Chambre Chambre 3 Grenier Chambre Placards Chambre Grenier Ext rieur Chambre 1 2 1 4 i g Grenier 1 Chambre 4 Placards Chambre 5 Grenier 2 Les couleurs sont faire correspondre aux dimensions des portes indiqu es dans le Tableau 47 Pour les portes internes l utilisateur doit sp cifier les coefficients de d charge Cd sous TRNFLOW cf Annexe Vent et ventilation naturelle Pour ce faire le rapport Hporte Hbpi ce doit tre sp cifi Tableau 49 Calcul du coefficient de d charge sous TRNFLOW pour les ouv
31. ouverts disponibles concernant essentiellement les capacit s simuler facilement les performances nerg tiques d un b timent c est dire en b n ficiant au maximum de la disponibilit de mod les existants et des solutions climatiques retenues fen tre serre mur capteur accumulateur mat riaux d isolation transparents protections solaires mat riaux changement de phase changeur air sol ventilation nocturne montrent que deux environnements semblent r pondre prioritairement la probl matique pos e TRNSYS et Energy Plus Si Energy Plus pr sente plus de dispositifs climatiques que TRNSYS notamment l clairage et la ventilation naturels TRNSYS a l avantage de disposer d une interface plus agr able d une plus grande rapidit de prise en main d avoir t valid dans de nombreuses t ches de l Agence Internationale de l Energie et enfin d tre commun ment r pandu dans la communaut scientifique europ enne notamment En outre les mod les TRNSYS de puits canadien et des mat riaux changement de phase ont pu tre acquis dans le cadre de ce travail de th se TRNSYS est un logiciel d di la simulation dynamique des syst mes d velopp par le laboratoire d nergie solaire SEL de l Universit de Madison aux Etats Unis Il permet de faire des simulations dynamiques du comportement thermique d un b timent mono ou multi zones Il permet galement de suivre heure par heure les consomma
32. pr vu l article R 111 20 du code de la construction et de l habitation atteste la conformit des b timents nouveaux un r f rentiel qui int gre les exigences de la r glementation thermique le respect d un niveau de performance nerg tique globale de ce b timent sup rieur l exigence r glementaire et les modalit s minimales de contr les Il comporte deux niveaux correspondant une consommation conventionnelle d nergie inf rieure soit de 8 la consommation conventionnelle de r f rence d finie l article 8 de l arr t du 29 novembre 2000 pr cit le label haute performance nerg tique est alors appel Label haute performance nerg tique HPE 2000 soit de 15 la consommation conventionnelle de r f rence d finie l article 8 de l arr t du 29 novembre 2000 pr cit le label haute performance nerg tique est alors appel Label tr s haute performance nerg tique THPE 2000 Dans la RT2005 le label HPE est associ une r duction de 10 de la consommation de r f rence et le label THPE une r duction de 20 La d marche Haute Qualit Environnementale HQE d marche de management de projet visant limiter les impacts d une op ration de construction ou de r habilitation sur l environnement tout en assurant l int rieur du b timent des conditions de vie saines et confortables Le niveau nerg tique limite les projets une am lioration
33. r novation naturelle diffuse constitue le principal mode de r alisation d conomies d nergie En effet les l ments ci dessus concernant l ensemble des travaux sur les b timents ne peuvent que donner une id e de la r partition de ceux concernant les conomies d nergie installation de chauffage chaudi res fen tres et huisseries isolation Pour ces derniers divers l ments permettent de penser que la r novation d ensemble d un logement est tr s minoritaire par rapport a la r novation naturelle diffuse limit e 4 un seul l ment du logement Ces op rations de r novation naturelle se feraient de toute fa on les composants du b timent ou les appareils r nov s tant en fin de vie Elle est diffuse parce que les acheteurs se d cident librement et qu aucune planification n intervient Une enqu te annuelle de l ADEME analyse les travaux ayant un caract re nerg tique dans les logements existants Elle prend en compte aussi bien la r novation d ensemble d un logement que la r novation naturelle diffuse Elle montre que les d penses faites dans le cadre d une r novation d ensemble du logement sont tr s minoritaires par rapport aux travaux diffus portant uniquement sur les composants concernant les conomies d nergie La r novation diffuse concernant les conomies d nergie se r partit en valeur ainsi selon l enqu te hauteur de 40 pour le
34. res Calfeutrement Ventilation naturelle solution 17 ou Ventilation naturelle Inertie solution 48 Fen tres performantes Ventilation naturelle solution 18 ou Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie solution 49 Calfeutrement solution 1 ou Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle solution 26 Inertie solution 32 ou Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie solution 58 Calfeutrement Volets solution 5 ou Calfeutrement Volets Ventilation naturelle solution 21 ou encore Fen tres performantes Volets Isolation transparente Ventilation naturelle solution 30 8 2 5 2 Appartement situ a Marseille Tableau 65 Tableau des performances du logement collectif de 1966 a Marseille mo i z Z he E N SOLUTIONS z E 2 S 5 Se JE 1 Calfeutrement 220 o BE 0 9 2 Fen tres performantes 9016 1 a In 7 3 Calfeutrement Fen tres performantes 9236 1 O 7 4 Volets 2254 0 4 En 8 5 Calfeutrement Volets 2474 0 5 0 8 6 Fen tres performantes Volets 11270 1 8 in 7 7__ Calfeutrement Fen tres performantes Volets 11490 1 8 0 7 8 Isolation transparente 35600 1 3 5 9 Calfeutrement Isolation transparente 35820 1 8 O 5 10 Fen tres
35. sise 51 3 2 Contexte des plans d exp riences ss 52 3 3 M thodologie des plans d exp riences sun 53 33 1 Plans factoriels Comiplets ienaa a te Ut nel de dise ade hae 54 3 3 2 Plans factoriels fractionnaires sn 55 3 8 2 1 Plans de Hadamard 58ss rs nnn units nine nina 55 3 3 2 2 Plans de Rechtschaffner ss 56 3 4 Application des plans d exp riences la r novation bioclimatique des logements 56 3 5 Conclusions sur les plans d exp riences ss 57 PRESENTATION DE LA METHODOLOGIE MEXPER sssnnnenennnnnnennenennnse 59 4 1 Introduction i sccctseicsscvstssescecetsestssateesebeunevssbuevecbunencutstsabeonsbgnsspsobevbeavebcussvsvesosevesasebeulsbenstoneasvespaesoeged 59 4 2 Philosophie de la m thodologie 61 4 3 Phase 1 Description du b timent existant ss 64 4 4 Phase 2 Approche par l ments du b timent ss 67 4 5 Phase 3 R alisation des plans d exp riences sur le b timent existant 74 oN ERA 01D dil plans E E RT 74 AB 2 CHOU des TEPONSOS ear e a aa es nn M LA 75 45 21 Besoins en chauffage en hivers Misc a a ts 75 4 5 2 2 Indice de confort d t sisi iaaiiai anakis 76 4 5 3 R sultats des plans d exp riences 80 4 6 Phase 4 Organigramme d cisionnel ss 81 4 7 Phase 5 Solutions bioclimatiques associ es aux facteurs importants Exemple d association des l ments aux dispositifs climatiques 82 4 8 Phase 6 Evaluation des performances des
36. 15 25 Brique en argile 1600 0 005 5 10 Pl tre 1800 0 02 5 20 Gypse 900 0 015 8 Bois 600 0 2 40 Li ge 100 0 03 5 10 Laine min rale 100 0 01 1 Mousse de polystyr ne 20 0 7 20 70 6 3 Temp rature de sol Afin de se rapprocher au mieux de la r alit la temp rature du sol est mod lis e par un type sp cifique Type 77 qui repr sente l volution sinuso dale de la temp rature sur l ann e cf Figure 32 Une option de ce mod le est de renseigner la temp rature moyenne de surface qui est typiquement la moyenne annuelle de la temp rature de lair au lieu consid r Contrairement au fichier TMY2 Typical Meteorological Year Files classiquement utilis s sous TRNSYS les fichiers M t onorm poss dent en sortie Annual average Temperature Ces derniers seront donc retenus pour le calcul de la temp rature moyenne et permettront ainsi une valuation plus pr cise de la temp rature du sol dans la zone g ographique consid r e Tableau 23 Temp ratures moyennes annuelles obtenues avec M t onorm Villes Temp ratures moyennes annuelles C Lille 10 15 Marseille 14 8 Evolution de la temp rature du sol sur une ann e RTE V e O S o gt 5 5 Oo 6 g Heures 4000 6000 Figure 32 Temp rature du sol pour une conductivit thermique de A 2 42 W m K une densit de 3200 kg m une chaleur sp cifique de 0 84 kJ kg K une distance la surface de 0 25m e
37. 5 mais auparavant leurs diff rences avec ceux de REFLEX sont indiqu es 77 O 0 est la meilleure note 78 La nuisance des travaux est valu e sur une chelle allant de 0 nuisance importante a 10 tr s peu nuisible Th se de doctorat C FLORY CELINI 185 Universit Claude Bernard 8 2 4 9 Conclusions Modifications apport es a REFLEX Bio par rapport a REFLEX Au niveau des crit res m me si le m me a t repris leur contenu diff re par rapport a ce qui a t pr sent au paragraphe pr c dent et est indiqu dans le tableau suivant Tableau 62 Modifications apport es REFLEX Bio par rapport REFLEX CRITERES MODIFICATIONS Cot d Cet algorithme diff re de celui de REFLEX qui int graient toutes les donn es 3 ous e conomiques relatives la solution de r novation co t de l op ration subventions l op ration montant du cr dit dur e et int r t de ce dernier Dans REFLEX chaque solution de r novation est associ la consommation R ducti nerg tique annuelle en kWh pour chacune des nergies mises en jeu ainsi que leurs ccur lon usages Dans cette proc dure sont consid r s les consommations lectriques pour le des besoins chauffage consommations lectriques pour la climatisation consommations nerg tiques lectriques pour VECS consommations de combustible pour le chauffage consommations de combustible pour l ECS La qualit environnementale d un
38. Ce logiciel d optimisation permet de piloter a priori tout environnement de simulation ayant des entr es et des sorties crites explicitement dans un fichier texte EnergyPlus DOE 2 SPARK etc La soci t TESS Kummert 2007 a d velopp un Type TRNOpt permettant de coupler GenOpt a TRNSYS Ce Type est applicable sur les syst mes disponibles dans la bibliotheque de TRNSYS et est utilis pour le dimensionnement des dispositifs suivants mur Trombe mat riaux isolation transparents et serre Comme pr cis au 4 8 le choix de l incr ment conditionne la valeur optimum obtenue Cet optimum d pend galement du choix de la valeur initiale des param tres Ainsi plusieurs valeurs initiales sont test es De m me des valeurs d incr ment minimales sont retenues Elles engendrent des temps de simulation plus longs mais am liorent en revanche la pr cision Le dimensionnement de la serre sur la maison individuelle de 1966 prend ainsi une journ e de simulation Pour chaque variation de l incr ment il faut compter la m me dur e La dur e de simulation pouvant tre diminu e au d triment de la pr cision 5 5 Conclusions sur la mise en uvre de la m thodologie La mise en uvre de la m thodologie a t d crite dans cette partie Elle passe par le choix des b timents de r f rence Nous en avons choisi deux de p riode construction et de typologies diff rentes un logement ancien logement collectif c
39. Ceci tant tous les m nages fran ais ne sont pas log s la m me enseigne En effet si l on revient aux indicateurs macroscopiques on sait que leur consommation nerg tique varie en fonction du type de logement et de sa date de construction Comment se r partit cette consommation Les informations sur les consommations du parc fran ais par p riode de construction Ceren 2004 nous clairent Nous avons exploit ces donn es brutes et les illustrons par la figure suivante 87 Consommation nerg tique kWhinr Consommation totale Maisons Kim s Consommation totale Appartements kA him Consommation totale tout usage Khim P riode d ach vement K re o 16 r FP e S Ca Co ti amp amp amp amp amp Figure 21 Consommation nerg tique du parc francais en fonction de la p riode d ach vement Les maisons individuelles ont une consommation nerg tique plus importante que celle des appartements Ne sont compt s que les appartements ayant le chauffage et l eau chaude sanitaire individuels M me si globalement la consommation tend diminuer au fil des ann es il n emp che que cette consommation ne d croit pas lin airement avec le temps La consommation des maisons tend diminuer apr s la premi re r glementation thermique Cette diminution n est pas perceptible pour les immeubles qui voient leur consommation augmenter de 1975 1999 par rapport celle de 1974 En an
40. Chambre 4 Ouest 28 8 _ S jour Sud Ouest 7 32 Mai a A Pi ces de services Nord Ouest 6 32 septembre Chambre 4 Ouest 9 24 150 Tableau 51 Besoins de la maison individuelle de 1966 Besoins kWh m an Lille Marseille Chauffage 307 68 159 19 Refroidissement 3 01 30 60 7 2 4 Plans d exp riences sur la maison individuelle de 1966 On s int resse cette fois ci aux effets d interaction principaux et du premier ordre Pour ce faire les plans de Rechtschaffner sont retenus Pour chacune des m t os l utilisateur doit donc r aliser 37 exp riences 7 2 4 1 Etablissement de la strat gie exp rimentale sur la maison individuelle de 1966 Afin de tester les diff rentes possibilit s du logiciel Nemrod nous avons cette fois ci int gr les plus grandes valeurs alg briques en borne sup rieure Sur les graphes de sortie il faudra veiller consid rer les bornes sup rieures du Tableau 52 Le calfeutrement est dans cet exercice directement associ la r novation des l ments fen tres murs toiture Notons que pour la toiture une isolation de 5 cm tait d j install e La r novation du plancher consiste installer un isolant au niveau du sous sol Tableau 52 Niveaux des facteurs de la maison individuelle de 1966 Plage de variation Facteurs ne PE Borne inf rieure Borne sup rieure U Conductivit thermique 1 5 W m2K 5 74 W m2 K
41. Fen tres des fen tres Double Low E Argon Simple vitrage U2 Facteur solaire des fen tres 0 1 Protection solaire 0 87 Simple vitrage Murs U3 Coefficient de conductivit 0 6 W m K Adjonction de 2 W m2 K thermique des murs mat riau isolation transparent Ventilation Us Ventilation 0 1 Plancher Us Coefficient de conductivit 0 251 W m bem de laine de 3 012 W m2K thermique du plancher verre et 2cm d enduit ext rieur Niveau 2 Adjonction de Inertie Us Inertie Niveau 1 MCP dans les cloisons l g res i U7 Coefficient de conductivit 0 133 W m K 25 cm d isolation 0 713 W m K Toiture de la toiture 0 04W m K sans pont thermique m E osinon Us Position de l isolant Isolation int rieure Isolation eee sans isolation pont thermique 151 Tableau 53 Plan d exp rimentation r alis sur la maison individuelle de 1966 N Type de fen tres Protection Isolation Ventilation Uplancher Inertie Utoiture Position Exp des murs naturelle Isolant mur 1 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 2 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 2 3 297 Adjonction de 0 713 Isolation performantes protection MCP ext rieure 3 Fen tres Store 2 00 Niveau N 2 3 297 Adjonction de 0 713 Isolation existantes opaque MCP ext rieure 4 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 2 3 297 Adjonction de 0 713 Isolation existantes protection MCP
42. N 2 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP ext rieure 32 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 3 297 Adjonction de 0 133 Isolation performantes opaque MCP int rieure 33 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 3 297 Sans adjonction 0 713 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 34 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 3 297 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP ext rieure 35 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Adjonction de 0 713 Isolation performantes opaque MCP int rieure 36 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Adjonction de 0 133 Isolation performantes opaque MCP ext rieure 37 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 713 Isolation performantes opaque de MCP ext rieure 152 R sultats de l application de la m thodologie 7 2 4 2 R sultats des plans d exp riences durant la p riode froide Les r sultats des plans d exp riences sur la maison individuelle sont pr sent s pour la saison froide en consid rant le graphe des effets et les repr sentations Normal Plot et Half 30 Normal Plot 60 40 20 0 20 40 60 30 20 10 0 10 20 l m b l l b1 l Poids des i i 1b2 1 i Poids des b2 l i facteurs es 3 ES EE b3 i i J i i facteurs i I f Eb4 f f b4 f f f m b5 I f f b5 l l B b6 l l l b6 l 07 a b8 mmm 1 1 b8 I l f f b12 1 i f b12 f onai bis f f 1 b23 f f f I b23 f
43. Ouest Zone Est 1 Figure 41 Plan et zonage du deuxi me tage du b timent collectif construit avant 1914 125 Les hypoth ses thermiques et a rauliques sur lesquelles sont bas es les simulations sont rappel es Seules les infiltrations parasites sont trait es Les fen tres sont d crites dans le Tableau 34 et les dimensions des zones sont indiqu es dans Tableau 35 Tableau 34 Dimensions et orientations des surfaces vitr es Appartements Orientations Surface m Hauteur par rapport au sol m Fen tre Est Est 3 34 8 6 Fen tre Ouest Ouest 3 06 8 6 Tableau 35 Dimensions et orientations des zones Pi ces Orientations Surface au sol m Hauteur sous plafond m Zone Est 1 Est 31 3 33 Zone Est 2 Est 34 3 33 Zone Ouest Ouest 45 3 33 Escalier Ouest 16 Pour un vent dominant Nord seuls sont consid r s les transferts a rauliques dans les zones habitables La hauteur entre le sol et le fa te de la toiture est de 20 68 m Le b timent ayant plus de trois tages le calcul des cp s effectue en utilisant le logiciel CpCalc Grosso 1995 Les valeurs obtenues sont indiqu es sur la Figure 40 Le profil de vent retenu est le Centre ville avec 0 4 Dans la mod lisation a raulique des fissures au niveau des fen tres ainsi que celles situ es au niveau des murs sont consid r es Tableau 36 Adjacence des zones et dimensions des portes en m
44. Radiation Heat Transfer Siegel R and Howell J R McGraw Hill New York 1981 Simon et al 1998 La fen tre et la gestion de l nergie Guide pratique pour les architectes Simon F Hauglustaine JM Universit s Catholique de Louvain et de Li ge Minist re de la R gion Wallonne 1998 Simsek 2006 Modularisation et comparaison de quelques m thodes de surclassement pour le projet D2 Simsek H Universit Libre de Bruxelles Facult des Sciences D partement d Informatique 2006 Souvay 1995 Les plans d exp riences Les plans Taguchi Souvay P Afnor Collection A savoir 1995 Tareb 2004 Int gration architecturale Low Energy Architecture Research Unit of the London Metropolitan University TAREB Programme Europ en DG TREN Altener 2004 Techno sciences 2007 Eco quartier http www techno science net onglet glossaire amp definition 3465 2007 Travaux 2007 Humidit Dangereux pour l habitat dangereux pour la sant http www travaux com dossier humidite index php dossier 25 amp article 47 2007 Trombe et al 1977 Concrete Walls to Collect and Hold Heat Trombe F Robert J F Cabanot M and Sesolis B Solar Age Vol 2 No 8 pp 13 19 Aug 1977 TRNFLOW 2006 TRNFLOW Manual A module of an air flow network for coupled simulation with Type 56 Version 1 3 Transsolar 2006 TRNSYS 2004 A transient Simulation Program Manual Solar Energy Laboratory University of Wisconsin Ma
45. all over the country Consequently the methodology proposed has been only developed on identified specific buildings We can now draw the outlines of the study the passive systems are those that are chosen for a reference building to renovate but whose structure is not changed Before that a check up has been made for the building using a model very similar to the real one This first step revealed the limits of the sensitivity analysis as it is classically known in a situation where the parameters are interconnected As a matter of fact analyzing the way the solutions emerged and developed requires that we should study an almost unlimited number of situations if we ever want to make all possible parameters interact Consequently we have to deal with this issue using the experimental planning method This method enables us to reduce the number of situations to analyze a lot Using this method we can also classify the devices starting with the most efficient one Thanks to that the effect of factors such as windows walls roofs and so on can be determined The experimental planning permit us to draw a decision making process chart to determine how to intervene on the building The efficient actions are defined according to the making decision process method and they are identified on the different parts of the building external facades walls inside roof transparent separations floor and wind flow An optimization method enables to select s
46. b timent en hiver La temp rature basse de la serre n est g n ralement pas r gul e par un syst me de chauffage Le mur capteur accumulateur il constitue un syst me de captage et de stockage de la chaleur Au niveau physique le rayonnement solaire traversant le vitrage r chauffe la la surface de stockage dans laquelle la chaleur migre par conduction avant d tre diffus e par rayonnement vers l int rieur de l habitation avec un certain d phasage Les dispositifs d ombrage L nergie solaire p n tre dans les locaux au travers des vitres non prot g es sous diverses formes la principale tant le rayonnement En t certains dispositifs emp chent la p n tration des rayons solaires ind sirables En hiver en revanche la nuit le film peut retenir la chaleur l int rieur du b timent Les changeurs air sol ils conduisent l air ext rieur sec qui se rafra chit au contact du sol vers des b timents ainsi ventil s La temp rature du sol tant peu pr s constante 15 C quelle que soit la saison l air est rafra chi pendant l t est r chauff pendant hiver Cette solution n est pas facilement praticable en centre ville et demande une mise en uvre soign e La ventilation nocturne Il s agit de concepts architecturaux int grant l environnement du b timent son orientation par rapport au soleil et aux vents g n raux Ces principes fonctionnent particuli rement bien lorsque la diff
47. combinant les transferts de chaleur ne sont pas utilis s durant la simulation Pour les calculs des valeurs de k l expression suivante est retenue 22013 ne ep et me 0 04 pt KI By Equation 20 6 6 2 Cas d tude Dans un souci de simplification la fa ade sud des b timents qui comporte une fen tre en simple vitrage est consid r e d une paisseur constante de 25 cm pour les deux b timents Les coefficients d change convectif retenus pour cet exercice sont les valeurs par d faut disponibles sous TRNSYS Dans le cas des zones virtuelles un tr s fort coefficient convectif h 2778 W m 2 K est consid r pour mod liser le contact direct 55 Une simulation dynamique tenant compte de la masse thermique d un l ment du mur n utilise pas ces valeurs explicitement mais consid re une r sistance thermique implicite en flux de chaleur transitoire dans et hors des surfaces de mur 116 Tableau 26 Valeurs par d faut constantes du coefficient d change convectif retenues sous TRNSYS Int rieur Ext rieur Parois verticales 3 W m2 K 18 W m 2 K Parois horizontales Flux ascendant plafond 3 W m 2 K 18 W m 2 K Parois horizontales Flux descendant plancher 3 W m2 K 276 W m2 K 56 Le flux solaire direct fonction geosurf sous TRNSYS n est consid r que dans la zone qui dispose de la fen tre Sa proportion est de 10 pour toutes les surfaces verticales 60 pour le plancher
48. d tudes aux vues des r sultats obtenus de s lectionner la ou les solution s pr sentant le meilleur compromis dans l am lioration des indicateurs Ces diff rentes solutions pourront alors tre propos es au d cideur qui aura loisir de faire son choix 41 Le choix des besoins en refroidissement r sulte de la difficult trouver un facteur de pond ration entre les besoins et l indice de confort 42 Une pr cision de 1 est recherch e 85 4 10 Conclusions sur la pr sentation de la m thodologie La r novation des batiments existant est un des d fis a relever actuellement La diminution des ressources fossiles de m me que les pathologies des b timents malsains poussent consid rer des solutions dites durables Comment est il possible d int grer ces solutions sur un b timent existant Des m thodologies existent Elles sont pour la plupart bas es sur des solutions dites classiques Dans ce chapitre nous avons propos une m thodologie syst matique permettant d associer des dispositifs climatiques aux diff rents l ments du b timent Ces dispositifs ont t list s de fa on aider la r alisation d un ventuel guide de prescription Les principales tapes de la m thodologie ont t pr sent es description et diagnostic du b timent existant r alisation des plans d exp riences permettant de dresser un organigramme d cisionnel en termes de r duction des besoins en chauffage et am
49. de l Energie Conseil National des Ing nieurs et des Scientifiques de France http www cnisf org biblioth_cnisf dossiers_CNISF Batiments_et_economies_energie pdf 2007 204 Collard et al 1996 Guide d aide a la r novation bioclimatique Collard B Nihoul A De Herde A Lesens N Minist re de la R gion Wallonne DGTRE Division Energie et Universit Catholique de Louvain Facult des Sciences Appliqu es Architecture et Climat 1996 Concerto 2006 L initiative Concerto http concertoplus eu CMS component option com_frontpage Itemid 239 2006 Conseil_europeen 2002 Directive 2002 91 CE du Parlement Europ en et du Conseil du 16 d cembre 2002 sur la performance nerg tique des b timents Journal officiel des Communaut s Europ ennes 2002 Courgey et al 2006 La conception bioclimatique des maisons confortables et conomes en neuf et en r habilitation Courgey S Oliva JP Edition Terre Vivante 2006 Cstb 1980 Coefficients K des parois des batiments anciens Cahiers du CSTB 1980 CSTB 2006 Pr sentation du logiciel Meteonorm Centre Scientifique et Technique du Batiment http software cstb fr soft present asp page_id fr meteonorm 2006 Daskalaki 1995 Predicting single sided Natural ventilation rates in Buildings Daskalaki SolarEnergy Vol 55 No 5 pp 327 341 1995 De Dear et al 2002 Thermal comfort in naturally ventilated buildings Revisions to ASHRAE Standard 55 De Dear R et Brager G Energy
50. de la maison de 1966 Les plans d exp riences ont permis d appr cier les effets de la variation de l tat des facteurs sur la r duction des besoins en chauffage et l am lioration de l indice de confort d t L exploitation de ces r sultats aboutit aux organigrammes d cisionnels suivants Th se de doctorat C FLORY CELINI 159 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie 7 2 5 1 Maison individuelle situ e a Lille Les facteurs ayant le plus d effet sur les diff rentes r ponses sont int gr s dans l organigramme d cisionnel Figure 79 G Isolation des murs par l ext rieur 2 Fen tres performantes 3 Isolation de la toiture 4 Isolation du plancher Figure 79 Organigramme d cisionnel de la maison individuelle Lille 7 2 5 2 Maison individuelle situ e Marseille De la m me mani re qu Lille les facteurs pr pond rants sont class s dans l organigramme d cisionnel Figure 80 Cette fois ci des effets contradictoires sont relev s pour l isolation du plancher favorable en hiver et d favorable en t cette solution n est donc pas pr conis e comme tant une priorit Isolation de la toiture Figure 80 Organigramme d cisionnel de la maison individuelle Marseille 70 L isolation du plancher ne permet pas de b n ficier de l inertie thermique du sol Th se de doctorat C FLORY CELINI 160 Universit Claude Bernard 7
51. de solutions que nous listons dans le Tableau 6 mais seules certaines sont exploit es dans le cadre de cette tude N anmoins dans un souci de perspectives d am lioration de l outil propos le choix a t fait de les pr senter Un des desseins fix s par EDF R amp D tant la r alisation d un guide de prescription pour int grer les solutions bioclimatiques dans l habitat existant En annexe les solutions retenues sont d crites et mod lis es la fen tre la serre le puits canadien la ventilation naturelle le mur capteur accumulateur les mat riaux changement phase et les mat riaux isolation transparents Ces syst mes sont tudi s dans la partie 7 qui consacre l application de la m thodologie des b timents de r f rence 15 Avec C inclusion 45 INITHO AYOTA D FeLOPOP Vp SL 9 preuseg pne AISIOAIUN La fen tre Les fen tres sont responsables d une part importante des pertes thermiques de l enveloppe du b timent La r sistance thermique des fen tres moyennes est inf rieure celle d un mur bien isol Mais aujourd hui la partie faible n est plus le vitrage mais plut t le cadre des fen tres Il doit donc tre aussi petit que possible par rapport la partie vitr e On veillera une certaine coh rence entre l paisseur d isolation de la fa ade et la qualit thermique des fen tres Cela n a en effet pas de sens de doter un mur ext rieur d une isolation extr meme
52. des missions dans les b timents neufs Les logements neufs consomment aujourd hui 60 d nergie en moins confort quivalent par rapport 1974 Cela repr sente 75 des conomies d nergie r alis es en France depuis 1975 Aulagnier et al 2005 cf Tableau 1 Par ailleurs si les r glementations successives ont durci les exigences thermiques concernant le b ti en revanche il n y a pas eu d l ment nouveau en mati re de d bits de renouvellement d air depuis la loi sur l air de 1982 Dans la r glementation thermique 2005 les propri taires peuvent installer ou remplacer des quipements dont les performances sont sup rieures celles exig es par la r glementation et peuvent ainsi b n ficier d aides financi res incitatives dans le cadre des Certificats d Economie d Energie n goci s avec les distributeurs d nergie Ce dispositif permet de financer des conomies d nergie tr s diffuses notamment celles r alis es par les particuliers dans leur habitat Ce march de certificats doit permettre la r alisation des actions au moindre co t pour les vendeurs d nergie et donc pour les consommateurs Selon DGEMP 2007 le principe des certificats d conomie d nergie repose sur une obligation de r alisation d conomies d nergie impos e par les Pouvoirs publics sur une p riode donn e aux vendeurs d nergie comme EDF 7 L arr t du 26 septembre 2006 Minist re de l Economie des finances et de l
53. des dispositifs mergents tels que le puits canadien ou encore les mat riaux changement de phase par une veille des tudes r alis es en milieu universitaire telles que Hollmuller 2000 ou encore Ahmad 2004 d autre part pour analyser la fa on dont ces technologies peuvent tre int gr es un b timent existant Au niveau m thodologique la litt rature propose de nombreuses approches Elles portent pour la plupart sur des solutions dites Isolation Roulet et al 2002 Gustafsson et al 1986 Jaggs et al 2000 et essentiellement sur les b timents tertiaires Filfi 2006 Santamouris 2002 Par ailleurs elles se focalisent souvent sur des tudes de cas Peuportier 2000 Zhao et al 2006 et peuvent pousser consid rer un grand nombre de simulations Flourentzou 2004 value le potentiel d assainissement d immeubles locatifs par la m thode EPIQR qui permet en Suisse de d finir et de chiffrer les interventions que le propri taire s engage r aliser d valuer le potentiel d conomies d nergie et de calculer le d lai maximal de r alisation des travaux L approche Isolation consistant limiter les pertes est diff rente de l approche retenue dans cette tude qui int gre certes la limitation des pertes mais galement la maximisation des apports D autre part les m thodologies r pondant la probl matique du secteur tertiaire ne satisfont pas aux exigences du secteur r si
54. donnent les meilleurs r sultats La m thode g om trique d terministe Hooke and Jeeves est donc retenue Elle est bas e sur le principe de l agr gation des crit res partiels en une fonction co t unique La m thode de Hooke and Jeeves est une m thode g om trique directe d optimisation sans calcul des d riv es des contraintes et des crit res Elle comporte deux tapes principales qui sont la recherche de la direction de descente et le d placement dans cette direction A partir d un point initial ou point de r f rence l algorithme effectue une recherche exploratoire par perturbation d un incr ment Ai d une variable les autres variables restant fixes Si le co t de la fonction a optimiser est meilleur alors cette nouvelle composante est conserv e Dans le cas contraire la variable est perturb e en Ai et conserv e en cas d am lioration de la fonction objectif Si les deux incr ments n apportent aucune am lioration la composante reste inchang e A la fin du processus toutes les composantes ont t perturb es une fois et nous obtenons soit un point pour lequel la fonction co t a t am lior e soit le point de r f rence lui m me Dans ce dernier cas le processus est r it r avec un pas Ai plus petit typiquement Ai 2 Dans le cas contraire le point obtenu et le point de r f rence sont utilis s pour d finir une nouvelle direction de recherche par extrapolation Un d placement peut alors tre
55. e de l tude et la pr cision des r sultats Les facteurs favorisant la diminution des besoins de chauffage sont dans certains cas notamment Marseille pr judiciables pour l am lioration du confort d t En revanche d autres facteurs protection solaire ventilation naturelle inertie peuvent l am liorer L interaction de ces facteurs ceux favorisant la r duction des besoins de chauffage et ceux am liorant le confort d t a des cons quences sur le confort Ceci oblige consid rer dans les pr conisations l application simultan e de ces deux strat gies en associant ces diff rents l ments 169 Les facteurs pr pond rants des plans d exp riences dictent la r alisation des organigrammes d cisionnels Des priorit s diff rentes ont t trouv es selon l indicateur tudi pour ce faire nous avons distingu les solutions qui favorisent la r duction des besoins en chauffage celles qui am liorent le confort d t ou encore celles qui constituent un bon compromis entre ces deux indicateurs pour chaque batiment et chaque zone g ographique A Lille l installation de fen tres performantes r pond aux contraintes d hiver et d t pour la maison individuelle et le logement collectif m me si pour ce dernier elle doit tre associ e des strat gies de froid ventilation naturelle et inertie A Marseille en revanche les solutions favorisant la r duction des besoins en chauffage fen tres perfor
56. ee cece cscs eeenenseeeecsenens 103 HYPOTHESES DE SIMULATION UTILISEES POUR LES CAS D ETUDES ss 105 6 1 Hypoth ses concernant les solutions bioclimatiques 105 6 2 Prise en compte de l humidit since 108 6 3 Temperature d solation E E EEE S RE RRS 111 6 4 Choix des coefficients convectifs sun 112 6 5 Transferts thermiques dans TRNSYS siennes 113 6 6 L inertie dans TRNSY Sis iiccscscsssescscensestesesocevesossvsctecbecnonsnecoeshgeatened EE ESEE ESET a iE 114 6 6 1 Mod lisation des murs sous trnsys cece eee cscs eseseeseseseseseseaesesesesesesesesesesecececessesenenananaeanes 115 6 02 Cas d tude fs n r ra a 116 6 6 2 1 Descriptif des b ments nnee nieren an e Wend en rs 117 60 22 RES Ul tats a araser rn ar assy E a AEE Sa a pen apa 118 66 23 CONCIUSIONS a e i eE T E Era a E E a eiS 119 6 7 Conclusions sur les sp cificit s li es la mod lisation sssesessesseseeseeieeeesesrerrererrrrsrerereerreee 120 APPLICATION DE LA METHODOLOGIE SUR LES BATIMENTS DE REFERENCES 121 7 1 Application de la m thodologie sur un b timent collectif 121 7 1 1 Typologie d un logement collectif des ann es 1900 121 7 1 2 Hypoth ses de Simulation visccsscisssssesssssccosssexsssasiveassvesseedsacatesassessovssasevebsansnsessestecvassvevssezescatoaasoese 124 7 1 3 D coupage des zones thermiques sous TRNSYS et mod lisation a raulique
57. effectu le long de cette direction Le nouveau point ainsi obtenu devient le point de r f rence La proc dure est en g n ral stopp e lorsque les incr ments Ai deviennent inf rieurs 4 une pr cision donn e vis a vis des divers param tres Regnier 2003 4 8 3 Application de la m thode d optimisation aux solutions bioclimatiques retenues L objectif est de trouver une solution X d pendant de plusieurs param tres tels que la longueur de la serre assurant la minimisation de la fonction co t et soumise des contraintes Pour trouver un dimensionnement des syst mes r pondant aux strat gies de 84 froid et de chaud la fonction co t tient compte des besoins en chauffage en hiver et des besoins en refroidissement en t 8760 Free gt O paupage T Q refroidissement quation 8 0 Les param tres optimis s pour les diff rentes solutions sont explicit s dans la partie traitant des applications de la m thodologie cf 5 42 Le choix de l incr ment conditionne la valeur optimum obtenue Cet optimum d pend galement du choix de la valeur initiale des param tres Ainsi plusieurs valeurs initiales sont test es De m me des valeurs d incr ment minimales sont retenues Elles engendrent des temps de simulation plus longs mais am liorent en revanche la pr cision Le dimensionnement d un syst me peut d pendre de plusieurs param tres La mod lisation d une solution int gre ces diff rents fact
58. fasse chaud ou froid est l clairage naturel dont la finalit est d am liorer le confort visuel et diminuer les charges dues l clairage artificiel un des points d licats dans cette derni re approche tant la caract risation du confort visuel Cette strat gie est pr sent e dans Flory Celini 2008 et constitue une perspective d volution de l outil propos dans cette tude Temp rature ext rieure Valeur Amplitude moyenne journali re Isolation A Inertie th i i ermique thermique Masques architecturaux Forme architecturale Protection solaire BATIMENT Valeur Suppl ment de Amplitude int rieure moyenne Te temp rature moyenne journali re Figure 9 Param tres agissant sur la temp rature d un local adapt s de Izard 1993 La conception bioclimatique se d cline donc sous forme de strat gies qui vont de la protection contre le vent la fa on dont on peut tirer partie de la ventilation naturelle en passant entre autre par le captage solaire La description des strat gies bioclimatiques Flory Celini 2008 et Annexes pr sente une partie sur le vent et la ventilation naturelle choix non fortuit car d notant en effet la complexit de ces strat gies le vent par exemple peut tre b n fique en t ventilation naturelle et pr judiciable en hiver Le d fi relever dans cette tude est donc de trouver un compromis entre ces principes qui peuvent sembler antinomiques dans l o
59. fissures dans les fa ades la d gradation de l isolant thermique des d g ts dus aux remont es capillaires Ces ph nom nes augmentent alors la quantit de vapeur d eau dans l enveloppe mais galement dans le b timent L humidit est un ph nom ne r current dans les b timents anciens A l poque ses effets permettaient la conservation des denr es alimentaires Schmitz G nther 1999 A nsi le sol de la cave n tait pas tanche et l humidit pouvait p n trer Le plafond de la cave tait con u de fa on arriver au dessus du niveau du sol ext rieur afin d viter que l humidit ne remonte au rez de chauss e Des surfaces d vaporation taient ainsi cr es par des soupiraux qui restaient constamment ouverts En am nageant le sous sol en espace habitable dans le cadre d une r novation g n ralement des enduits tanches et des fen tres herm tiques sont utilis s l vaporation ne s effectuant plus l humidit provoque des d g ts comme des taches sur les murs de la cave dues une pression d humidit lat rales Ceci illustre un des effets de l humidit dans les difices anciens mais nombre d ennuis caus s par l humidit existent dans le b timent Roulet 2004 dont alt ration des propri t s des mat riaux perte d isolation thermique ramollissement du pl tre entre autre cr ation d un climat favorable la croissance de divers microorganismes dont les acariens et les moisiss
60. fonction de la direction du vent pour des sites expos semi prot g ou prot g On suppose que site est semi prot g ce qui correspond un environnement rural avec quelques obstructions quivalentes la moiti de la hauteur du b timent Orme et al 1998 fournit les cp pour des rapports largeur hauteur de b timent gaux 1 ou 2 Ce rapport vaut environ 1 35 pour le b timent de r f rence Nous r alisons donc une interpolation lin aire de fa on de nous rapprocher au mieux de la r alit Le vent dominant est suppos orienter Nord Le profil de vent consid r est For t petite ville banlieue avec a 0 3 Tableau 46 Angle de direction du vent et valeurs de cp Site semi prot g Wind Angle 0 45 90 135 180 225 270 315 Face 1 Nord 0 35 0 09 0 32 0 44 0 30 0 44 0 32 0 09 Face 2 Sud 0 22 0 44 0 32 0 09 0 35 0 09 0 32 0 44 Face 3 Est 0 40 0 13 0 40 0 13 0 40 0 40 0 30 0 40 Face 4 Ouest 0 40 0 40 0 23 0 40 0 40 0 24 0 43 0 13 Roof Front 0 44 0 50 0 55 0 48 0 38 0 48 0 55 0 50 10 30 pitch Rear 0 38 0 48 0 55 0 50 0 44 0 50 0 55 0 48 Caract ristiques des zones dans la mod lisation a raulique Outre les fissures provoqu es par les fen tres et les portes celles pr sentent sur les plafonds sont galement consid r es Les fissures dues la pr sence d une chemin e ou encore d un syst
61. itu EP Stores a FP MCP oo PN a AAD 4 1 1 1 I l Toiture Store a 1 1 1 l 1 1 l 1 Toiture MCP a Toiture Vo TIM FP Toiture TIM FP Stores 1 TIM FP MCP EE TIM FP VN z l i TIM Toiture Stores PE TIM Toiture MCP pE TIM Toiture VN EEE TIM Stores MCP _ TIM Stores VN _ TIM MCP VN ET l l l l FP Toiture Stores A 1 l 1 l 1 FP Toiture MCP i FP Toiture VN P FP Stores MCP PEE I FP Stores VN S FP MCP VAN i Toiture Stores MCP Sie 1 n ni Toiture Stores VN Toiture MOP VN TIM FP Toiture Stores 1 TIM FP Toiture MCP EE TIM FP Toiture VN E TIM FP Stores MCP P l 4 l l l TIM FP Stores VN ees 1 l 1 l TIM FP MCP VN E l TIM Toiture Stores MCP EE TIM Toiture Stores VN A 4 l l l l l l TIM Toiture MCP VN T 1 1 l l l l l TIM Stores MCP V N E FP Toiture Stores MCP EE FP Toiture Stores VN FP Toiture MCP VN PE l FP Stores MCP VN ed Toiture Stores MCP VN EE TIM FP Toiture Stores MCP EEEE TIM FP Toiture Stores VN EEEE 4 TIM FP Toiture MCP VN SSSSS _ __ k TIM FP Stores MCP VN a TIM Toiture Stores MCP VN EE FP Toiture Stores MGP
62. la distribution m canique et la circulation d air ou d eau travers des tuyaux Tuyaux Fa ades ext rieures Augmenter la surface des apports solaires Fen tres Fa ades opaques Optimiser la position et la taille des fen tres en fonction de l espace et de l orientation Fen tres Traiter la surface en augmentant la luminosit Rev tement surfaces int rieures Fen tres Diminuer la surface des apports solaires Fen tres Ombrage Diminuer les apports solaires Dispositifs fixes d ombrage Dispositifs mobiles d ombrage Th se de doctorat C FLORY CELINI 71 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 11 Association des strat gies et dispositifs climatiques aux fa ades internes de l auteur El ments Strat gies Actions Dispositifs Ouvertures dans les Modifier les relations entre les pi ces Puits de lumi re parois internes Mezzanine D cloisonner Installer un espace vitr Espace capteur 7 P Fen tres suppl mentaire Cloisons internes opaques Augmenter la surface expos e Modifier l paisseur des murs ou du sol de des Modifier les mat riaux construction rev tement murs ou du sol Volume de stockage Int gr ou s par Augmenter le stockage de chaleur dans les parois internes Syst me eau Lit de pierres
63. me pas de temps comme sp cifi dans le manuel d utilisation de ce logiciel Il semble en outre int ressant de relever les r sultats obtenus sans tenir compte 119 de cette mise en garde En ajoutant une isolation ext rieure finalement les r sultats suivants sont obtenus Tableau 30 Comparaison des deux m thodes pour un batiment isol B timent classique isol par l ext rieur Besoins en kWh sur 15296 98 Isibat une p riode de chauffe pour 5 cm 15727 42 Isibat d isolant 15662 02 Isibat Besoins en kWh sur 14414 01 Isibat une p riode de chauffe pour 10 cm d isolant 13681 25 Isibat 13810 65 Isibat 1h 2h 3h 1h 14347 70 2h Isibat 3h 1h 2h 13745 20 Isibat Besoins en kWh sur une p riode de 3h TRNBuild 13681 25 3h Isibat chauffe pour 15 cm d isolant 4h TRNBuild 13406 98 4h Isibat 5h TRNBuild 13028 79 5h Isibat B timent fort coefficient convectif isol par l ext rieur 15837 00 13801 20 13140 82 Ecart de besoins entre les deux m thodes en En augmentant le pas de temps avec l paisseur de la couche de mur l cart relev en terme de besoins de chauffage entre la m thode classique et la m thode forts coefficients convectifs diminue Par contre pour un mur de 55cm 50 cm de brique 5 cm d isolant l cart minimum est obtenu pour u
64. nocturne etc en pr vention des surchauffes 37 Les temp ratures op ratives temp ratures de la pi ce pr sent es sont valables pour des immeubles de bureaux ou autres b timents de types similaires destin s essentiellement l occupation humaine avec des activit s essentiellement s dentaires et des pi ces o il est facile d acc der des fen tres ouvrables et o les occupants peuvent librement adapter leurs v tements aux conditions thermiques int rieures et ou ext rieures 77 Pr sentation de la m thodologie MEXPER d entre elles relativement ais e est d adapter le m tabolisme et la quantit de v tements port s en fonction des conditions climatiques ext rieures et des temp ratures int rieures 21 22 23 24 25 26 27 28 2 Orm CC Figure 17 Valeurs de base de la temp rature op rative int rieure pour des b timents non climatis s fonction d une temp rature ext rieure en moyenne glissante pond r e exponentiellement 6 Afnor 2007 La Figure 17 inclut 3 cat gories de limites de temp rature pour l utilisation de la norme Les valeurs d entr e recommand es sont donn es pour chacune des diff rentes cat gories Une br ve description des cat gories est donn e dans le Tableau 15 contenant galement les quations des droites de la figure Tableau 15 Cat gories de limites de temp rature pour l utilisation la norme NF EN 1525
65. optimale selon tous les points de vue et le meilleur choix r sulte d un compromis entre les diff rentes exigences Les m thodes d aide multicrit res la d cision constituent un int ressant outil de travail dans tous les probl mes o plusieurs alternatives sont comparer entre elles sur la base d un certain nombre de crit res antagonistes et constituent donc le point de d part logique de l outil d velopp dans cette analyse A qui s adresse cet outil d aide la d cision Au d cideur qui est cens formuler le probl me et fixer les objectifs Il occupe une position centrale dans le processus Pour cette tude le choix du d cideur est le client EDF Les concepts de base de l aide multicrit res la d cision sont maintenant pr sent s Les probl matiques selon le probl me r soudre l objectif de l aide la d cision peut consister o Choisir une solution parmi celles propos es Probl matique a o Classer les solutions par ordre d int r t Probl matique y o Affecter les solutions des cat gories pr d finies Probl matique B La probl matique de cette tude consiste choisir des solutions climatiques parmi celles qui sont applicables au b timent tudi Les relations de pr f rences ce sont celles que le d cideur est pr t accepter en comparant entre elles deux solutions pr f rence forte faible indiff rente incomparable L ensemble de ces r
66. plac en priorit pour le choix du logiciel Les autres crit res d coulant des strat gies d crites ci dessus mod lisation de l enveloppe du b timent de la ventilation naturelle prise en compte de l humidit les dispositifs climatiques disponibles etc mais aussi des points qui seront d velopp s par la suite tels que la prise en compte de la qualit de l air int rieur et l approche conomique galement Notons que l outil doit int grer les couplages entre les ph nom nes r ponses tudi s Ceci est d aux interactions qui peuvent exister entre ces ph nom nes Afin de mod liser thermiquement l difice le logiciel TRNSYS a t voir justifications ci apr s La ventilation mod lis e par des transferts de masse est prise en compte par l outil de simulation a raulique associ TRNSYS TRNFLOW Pour la r alisation des plans d exp riences le logiciel NEMROD Nemrod 2006 est utilis Le dimensionnement des dispositifs s effectue par le logiciel d optimisation GenOpt Wetter 2004 qui selon un crit re nerg tique dimensionne les solutions pour r pondre des contraintes d t et d hiver Dans la Figure 23 les diff rentes tapes de la m thodologie MEXPER cf Figure 14 sont reprises et associ es aux logiciels consid r s Apr s avoir replac la m thodologie dans le cadre de nos applications nous allons justifier le choix de ces outils 47 TRNFLOW permet par ailleurs d analy
67. plein 1500 0 69 Bois lourd 650 2A 0 23 Hourdis B ton 1300 0 65 1 33 Carrelage 2300 0 7 1 70 Parpaing 10 1300 0 65 1 11 Carrelage plein 90 0 801 0 36 12 Laine de verre 0 84 0 04 Ardoise 2700 0 75 DI Brique creuse 720 0 79 0 61 Tableau 43 Composition des parois Mat riau Epaisseur U Coefficients d absorption cm W m2 K Int rieur Ext rieur PLANCHER_SS B ton cailloux 20 3 297 0 4 0 8 MUR _ EXT _SS Parpaing plein 20 2 183 0 6 0 6 PORTE Bois Lourd 5 2 585 0 7 0 7 PLANCHER BAS Hourdis B ton 20 3 069 0 5 0 7 Carrelage 1 MUR_EXT_FACADES _ Brique creuse 22 5 1 858 0 45 0 45 MUR_INT Parpaing 12 3 6 0 45 0 45 CLOISON_PLATRE Carrelage plein 5 3 242 0 45 0 45 PORTE ISOPLANE Bois lourd 3 4 3 15 0 7 0 7 TOITURE Ardoise 1 0 717 0 7 0 89 Laine de verre 5 Tableau 44 Dimensions et orientations des surfaces vitr es Pi ces Orientations Surface m Hauteur par rapport au sol m Sous sol Nord 0 5 1 3 Sud 0 5 1 3 Sud 4 515 2 S jour Chambre 1 Sud 1 75 3 05 Ouest 1 75 3 05 Chambre 2 Sud 1 75 3 05 Chambre 3 Nord 1 75 3 05 Pi ces des services Nord 3 5 3 05 Chambre 4 Ouest 1 75 5 55 Chambre 5 Est 1 75 5 55 2 e e e 7 2 2 Mod lisation de la maison individuelle d apr s guerre Les hypoth ses de simulation sont pr sent es Elles sont suivies du descriptif des mod les thermique et a raulique Ces deux premi res tapes perme
68. principale des risques de changement climatique dus une augmentation des gaz effet de serre Ce ph nom ne est clairement corr l l activit humaine pour ce qui concerne la deuxi me moiti du 20 me si cle En effet M t o France a constat une augmentation moyenne de la temp rature en France de l ordre de 1 C au cours du si cle pass et l un des sc narii probables pr voit une augmentation de 4 C d ici un si cle environ Giec 2007 Manicore 2007 Dans l espoir de limiter ce r chauffement 2 C l horizon de 2100 le GIEC r seau mondial de chercheurs cr par l Organisation des Nations Unies pr conise de ramener au plus vite 2 tonnes par an et par habitant les missions ce qui revient diviser par quatre les missions de gaz effet de serre pour la France Ceci s inscrit dans la lign e du protocole de Kyoto qui oblige diviser par plus de quatre la consommation d nergie domestique pour atteindre d ici 2050 une moyenne de 50 kWh d nergie consomm e par m par an Diviser par deux les missions de gaz effet de serre l chelle de la plan te n cessite en pratique de diviser par quatre celles des pays industrialis s Comment ces objectifs globaux se d clinent ils au niveau national Traitement des d chets Agriculture et 3 sylviculture 19 Transports 27 Industrie de l nergie 13 Leg A R sidentiel tertiaire Industrie institutionnel et manufactu
69. que l re bioclimatique est d pass e Le choix s mantique a t d lib r L outil propos qui int gre des aspects conomiques nerg tiques et environnementaux prendra sa dimension durable dans son exploitation lorsqu il placera le d cideur par rapport aux limites et aux imperfections L objectif tant de servir l environnement et la soci t en les perturbant le moins possible 201 Conclusion g n rale Th se de doctorat C FLORY CELINI 202 Universit Claude Bernard BIBLIOGRAPHIE Ademe 2003 Mise en place de protections solaires fixes ou mobiles sur les fa ades expos es Fiche ADEME Agence de l Environnement et de la Ma trise de l Energie http www2 ademe fr 2003 Ademe 1 2004 B timent et D marche HQE Agence de l Environnement et de la Ma trise de l Energie 2004 Ademe 2004 Utilisation des mat riaux changement de phase en climatisation passive d t et chauffage d intersaison Convention ADEME n 04 04 C 0073 Notifi e le 28 12 2004 Ademe 2005 Les chiffres cl s du b timent http 194 117 223 129 servlet getDoc id 16929 janvier 2005 Ademe 2006 Le diagnostic de performance nerg tique http www2 ademe fr servlet KBaseShow sort 1 amp cid 96 amp m 3 amp catid 15028 2006 Ademe 1 2007 Faites respirer votre maison avec la ventilation http www2 ademe fr servlet KBaseShow sort 1 amp cid 96 amp m 3 amp catid 15028 2007 ADEME 2007 Mur capteur accumu
70. rature moyenne glissante de la veille Temp rature moyenne journali re ext rieure de la veille Temp rature moyenne glissante ext rieure de l avant veille Taux de renouvellement d air Masse volumique de l air 13 Unit W m W m W m W m Vol h kg m ABREVIATIONS Symbole ADEME AFNOR AIE IEA AIVC ANAH ASHRAE ASPO CAO CEREN CETE CLIP CSTB DAO DGEMP DGUHC DJU DPE EAS EASE EDF FFB GIEC HBM HLM HPE HQE MCP MEXPER MIES OPAC PMV PREBAT PVC REFLEX RT THPE TIM MIT VIR VMC D finition Agence de l Environnement et de la Ma trise de l Energie Association fran aise de normalisation Agence Internationale de l Energie International Energy Agency Air Infiltration and Ventilation Centre Agence nationale pour l am lioration de l habitat American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers Association for study of peak oil Conception assist e par ordinateur Centre d tudes et de recherches conomiques sur l nergie Centre d tudes techniques de l quipement Club d ing nierie prospective Energie et Environnement Centre scientifique et technique du batiment Dessin assist par ordinateur Direction g n rale de l nergie et des mati res premi res Direction g n rale de l urbanisme de l habitat et de la construction Degr jour unifi Diagnostic de performances nerg tiques Echangeur air sol Education of Architects in S
71. rence de temp ratures jour nuit est importante Les mat riaux changement de phase ils sont souvent utilis s comme stabilisateurs de temp rature en am liorant le stockage de la chaleur dans le b timent x Les mat riaux a isolation transparents ils ont l avantage par rapport aux isolants opaques qui r duisent les pertes thermiques au travers de l enveloppe de tirer partie de l nergie solaire d une part et d occuper peu de place 95 5 4 Choix des outils La complexit du sujet a t de cerner le degr de pr cision que l on souhaitait int grer dans l tude En annexe ces dispositifs ainsi que leur mod lisation sont d crits Plusieurs degr s de finesse de mod lisation de ces l ments tant disponibles il convient dans un souci de coh rence et afin de comparer par la suite les syst mes entre eux de trouver le bon niveau de mod lisation A cet effet nous avons r alis un recensement des logiciels existants utilis s en thermique du b timent TRNSYS TAS ESP r IES lt VE gt EnergyPlus Solene Codyba et Comfie Pl iade en France EDF a galement d velopp des logiciels CLIM 2000 CA SIS En outre les logiciels SOLENE et CLIM2000 ont t utilis s pour la r daction d articles Flory Celini et al 2005 Un pr requis appara t implicitement pour le choix de logiciels savoir leur ouverture possibilit d ajouter et ou de modifier ais ment les mod les propos s crit re
72. renouvellement des huisseries et vitrages ext rieurs 40 pour le remplacement des chaudi res et br leurs en panne irr parable ou totalement obsol tes 10 pour les isolations et 10 pour tout le reste tanch it l air joints de fen tres r gulations programmations interventions sur les appareils terminaux de chauffage radiateurs etc La fr quence de ces travaux est faible l enqu te indique que chaque m nage prend des d cisions importantes ne concernant pas que des travaux d entretien tous les 15 ans environ Signalons que cette enqu te exclut les d penses concernant l lectricit sp cifique et notamment l clairage et les services des immeubles et prend tr s mal en compte la production d eau chaude sanitaire 8 Valeur sur valu e car l enqu te prend en compte une trop forte partie de la d pense de r fection de fa ade ou de toit et non le seul surco t d isolation 29 1 3 D clinaison du facteur 4 en objectifs a atteindre Les objectifs sont de plusieurs ordres r duction des besoins de chauffage mais galement l am lioration du confort d t sur un b timent existant Ils peuvent tre atteints par l installation de solutions bioclimatiques La finalit tant de proposer une m thodologie permettant de les identifier en un minimum de simulations 1 3 1 R duction des consommations L Union Europ enne s est fix e l objectif 20 20 20 en 2007 par rapport 1990 il
73. serre sur un balcon cas fr quent dans le cadre d une r novation comme sp cifi par IEA 1997 L isolation transparente est plac e l ext rieur du b timent r nover Le choix du mat riau d isolation transparent d pend du r sultat de l optimisation et s effectue en se basant sur l tude de Wong et al 2007 cf Annexe dont le sch ma synth tique est pr sent ci dessous 106 Hypotheses de simulation T Systems _ ____Ti compound system T Systems _ Sealed TI glazi A Polycarbonate capillary plates B Glass fabric and transparent gluc C Protective cover glass plaster D Dark mortar absorber 0 8 Thickness R0 140mm_ Ay stems Cast glass elements B Insulating web C Scaling and joining rubber D Cast glass e S0 60 Ay 06 20 A 5mm outside glazing B 40mm acrylic glass capillary plate filled with rarc gas D C Gasket D 4mm inside Jow e Size L m x 10m 1 2m x 2 5m Thickness Prefabricated Tl wall element A Opaque insulation B Front cover glazing C TIM D Back glazing as absorber E Metal or wood frame Fi Massive wall with or without black paint 1 2m x 3 0m amp 140mm Figure 28 Classification des isolants transparents adapt par Wong et al 2007 de IEA 1997 Quant aux mat riaux changement de phase ils sont int gr s dans les cloisons internes l g res de chacun des b timents La mod lisation d un MCP disponi
74. sud partiellement ou totalement int gr es au b timent couvrant partiellement ou compl tement toute la largeur du b timent sur un tage un tage et demi deux tages ou plus Parfois m me des serres isol es fournissent de l air chaud des appartements avec l aide de conduits et de ventilateurs Si la serre couvre plus de deux tages le risque de surchauffe est aggrav dans les tages sup rieurs Faist 1998 L atrium Il est n cessaire que le b timent dispose d une cour int rieure N anmoins s il s agit de la r novation d un quartier il est possible d associer deux b timents pas trop loign s et de surfaces similaires par ce dispositif Un atrium peut cr er une contribution tr s significative aux conomies d nergie dans le b timent qui le contient en procurant une source importante d clairage naturel parfois profond ment l int rieur du b timent qui remplace avantageusement l clairage artificiel En revanche il devra tre associ une bonne ventilation pour viter les surchauffes d t Les r flecteurs Facilement int grables encore faut il que le b timent ne fasse pas partie d une zone class e par les Architectes de France Le mur trombe et ses variantes N cessite de l espace Difficilement accept au niveau esth tique Avec l apparition des mat riaux isolation transparents les performances nerg tiques et l aspect esth tique sont am lior s 2 ou 3
75. syst me la conception devient quasiment impossible sans outil adapt Lorsque la recherche de performances est abord e nous percevons quel point les couplages entre l ments et leur caract re pluridisciplinaire complexifient la d termination de solutions optimales Difficile 83 de d terminer par une analyse pr alable comment le dimensionnement d un sous syst me va influer sur les autres et si les am liorations locales de certaines performances ne se font pas au d triment des autres Dans ce contexte un outil d optimisation trouve une place privil gi e dans le processus de conception avec pour objectif de converger vers un optimum global 4 8 2 Pr sentation de la m thode d optimisation retenue Il existe de nombreuses m thodes num riques d optimisation Une partie d entre elles n cessitent le calcul de la d riv e en un point discret La fonction que l on cherche minimiser dans cette tude cf 4 8 3 ne dispose pas d expression analytique elle est le r sultat de l int gration des puissances appel es en chauffage et en refroidissement L utilisation des algorithmes de recherche directs de la solution minimisant la fonction est plus adapt e ce type de probl me Vitte 2007 Par ailleurs Wetter 2004 en comparant plusieurs algorithmes de simulation pour minimiser les consommations nerg tiques d un b timent montre que les algorithmes Hybrid Particle Swarm et Hooke and Jeeves
76. tablir une liste des interventions de r novation qui sont analys es suivant des indicateurs de performances Un choix de combinaisons d interventions possibles est labor suivant leurs cons quences en termes de performance nerg tique obtenue la compatibilit mutuelle des combinaisons possibles apr s avoir pass le filtre des contraintes externes au b timent Les combinaisons d interventions sont ensuite compar es par une analyse multicrit res qui d c lera les solutions de r novation les plus appropri es au b timent L objectif est de reprendre cette structure et de g n rer les solutions par l utilisation des plans d exp riences et de pr s lectionner les performances par l utilisation d une m thode d optimisation Les quatre premi res tapes saisie de donn es g n ration des solutions valuation des performances et pr s lection des performances du principe de fonctionnement de l outil REFLEX sont reprises par MEXPER et l organigramme suivant est obtenu ser res Figure 89 Principe de fonctionnement du logiciel REFLEX Bio La m thodologie se focalise sur la comparaison de solutions dites bioclimatiques par une approche multicrit res Le couplage de MEXPER REFLEX s effectue par le biais d un tableau des performances dont les lignes sont les diff rentes solutions bioclimatiques et les colonnes les crit res pr s lectionn s Th se de doctorat C FLORY CELINI 174 Universit Cla
77. thermo a raulique de b timent est n cessaire pour tenir compte de cette d pendance mutuelle des circulations d air et des temp ratures de l air Figure 25 Mod le thermique et a raulique d un b timent de bureau naturellement a r Trnflow 2006 La maquette d coulement d air est bas e sur l analogie lectrique qui consiste repr senter le b timent par un r seau lectrique de r sistance o les pressions sont impos es chaque n ud La Figure 27 illustre un r seau de flux d air Les n uds sont li s par des conductances non lin aires mod lisant les chemins d air les composants de circulation d air comme des fissures des ouvertures des conduits etc En utilisant la conservation de masse d air dans chacune des zones un syst me d quations non lin aires est tabli et r solu pour d terminer les pressions de n ud et les d bits dans chaque lien Th se de doctorat C FLORY CELINI 101 Universit Claude Bernard Mise en oeuvre de la m thodologie Figure 26 Ecoulement de l information du module thermo a raulique et de l interface utilisateur pour l entr e de donn es de b timent Trnflow 2006 TT External Node Figure 27 Mod le de r seau du b timent Trnflow 2006 Th se de doctorat C FLORY CELINI 102 Universit Claude Bernard 5 4 3 Choix de TRNopt L application de la m thode de Hooke and Jeeves se fait par le biais du logiciel GenOpt Wetter 2004
78. thermo physiques des parois et des mat riaux utilis s de l auteur p Densit kg m3 Cp Capacit kJ kg K Conductivit W m K Enduit pl tre 1500 1 1 264 Pl tre courant cloison l g re 800 0 8 1 264 B ton lourd 2300 0 92 6 318 Bois lourd 650 2A 0 83 Hourdis B ton 1300 6 48 4 8 Carrelage 2300 0 7 6 137 Terre cuite 1900 0 9 415 Bois l ger 500 1 18 0 54 Tableau 17 Composition des liants traditionnels de l auteur El ments HEAR Caract ristiques utilis s Liant le plus ancien qui sert lier entre elles les ossatures en branches des parois verticales murs et horizontales couvertures en terrasse et les tancher en les Argile rev tant avec des enduits d argile plastique tal s la main construction en torchis Technique mise en uvre depuis le VIIe mill naire avant notre re Pl tre Il entre surtout dans la composition d enduit int rieur et de plaque de pl tre Connu depuis l antiquit N est utilis e l origine que pour faire des badigeons des enduits et pour Chaux stabiliser des terres et des argiles Connue depuis presque aussi longtemps que le pl tre elle est d velopp e partir du Ile s avant notre re Depuis la 2nde moiti du XIXe s d couvert en 1824 les ciments ont d tr n la chaux Liants traditionnels Ciment 43 HBM Habitations Bon March cr es par la loi de Siegfried en 1894 44 Ne sont pas cons
79. un logement l homme d tudes peut par exemple consid rer le type de fen tre le facteur solaire des fen tres pr sence ou non de volets le coefficient de d perditions des murs et du plancher l inertie adjonction de mat riaux changement de phase au niveau des parois l g res et la ventilation nocturne Deux types de plans d exp riences sont d taill s dans ce chapitre Tout d abord les plans factoriels et ensuite les plans fractionnaires qui permettent de r duire fortement le nombre de simulations a r aliser 3 2 Contexte des plans d exp riences Selon Ben 1994 7 le contexte d utilisation des plans d exp rience recouvre les ph nom nes de type bo te noire que l on cherche a claircir pour mieux en comprendre le fonctionnement et en optimiser les performances Cela impose une connaissance minimale sur le ph nom ne tudi avant d entreprendre les essais On doit tre en mesure de lister les param tres susceptibles d agir sur le fonctionnement de la bo te noire Ces param tres sont les entr es appel es par la suite facteurs ou variables Les performances obtenues sont les sorties appel es par la suite r ponses 17 Cit par Filfi 2006 52 e T apes Ride a a os es plans d exp riences Facteurs R ponses Param tres d entr e Performances du Ex El ments du b timent ph nom ne tudi Ex Besoins en chauffage en hiver et Indice de conf
80. une m thode convolutive celle de la transform e en Z comme pr cis ci dessus et dans le 6 6 1 en particulier dans les Equation 19 Concernant le vitrage les parois vitr es sont consid r es sans inertie cf Annexes A1 La fen tre De ce fait on utilise g n ralement l quation du r gime permanent pour mod liser les transferts conductifs Les changes convectifs sont pris en compte comme suit TRNSYS 2004 Q Q g Q i i 1 cplg l 1 1 g i Figure 33 Bilan convectif d un n ud d air ps h 4 Tse D T et conv i Di Gg Dar Eu pra T Doci pigi quation 12 e Avec uri gains provenant des surfaces internes W Durs Upi g A Toni Ty quation 13 e Qinti gains provenant des infiltrations W Din amp P Ch Tuside Tar quation 14 e venti gains provenant de la ventilation W Dreni P Ch Pos Tar Equation 15 e Dci gains convectifs int rieurs W Ils peuvent tre dus aux occupants aux quipements l clairage aux radiateurs etc 113 e igi Gains convectifs dues aux coulements d air provenant de zones adjacentes W pie amp P Cp Tonei z Tair Equation 16 En ce qui concerne les changes radiatifs TRNSYS distingue les changes de courtes longueurs d onde CLO correspondant a des longueurs d onde inf rieures 2 5 pm et les grandes longueurs d onde GLO sup rieures 2 5 pm A l int rieur d une zone ona Pai
81. velopp par la Commission Europ enne en 1997 Il a donn lieu un rapport Bioclimatic Architecture European Commission 1997 qui apr s avoir d finit le terme bioclimatique l approche passive ou encore les logements durables passe en revue les strat gies bioclimatiques en faisant un focus sur l impact du microclimat et sur la particularit de la morphologie urbaine Cette tude aborde galement le confort thermique par le polygone de confort La notion de durabilit est int gr e par un point sur l analyse du cycle de vie Pour finir elle pr sente des cas d tudes dans le secteur tertiaire et hospitalier Ces ouvrages ont en commun de dresser un catalogue des interventions possibles sur l habitat existant Dans la deuxi me cat gorie l inventaire des actions r alisables est surtout vis e architecturale avec dans certains cas des bilans nerg tiques correspondant des b timents sp cifiques Divers crits se sont focalis s sur l analyse typologique qualitative des difices anciens Grauli re 2005 et Joffroy 1999 Ces deux ouvrages n apportent pas d l ment Th se de doctorat C FLORY CELINI 36 Universit Claude Bernard quantitatif sur les consommations des b timents existants ils n associent pas une typologie un ordre de grandeur de l nergie consomm e Toutes ces tudes ont t exploit es d une part pour recenser les syst mes disponibles mais aussi pour int grer
82. 0 4 0 36 0 2 0 13 Planchers hauts 0 3 0 23 0 25 0 2 0 13 0 1 Surface de plancher bas 0 43 0 3 0 36 0 27 0 2 0 13 Baies vitr es 26 2 2 1 1 8 1 5 0 8 Dans cette tude les pr conisations du label Basse Energie sont exploit es en tant qu objectifs atteindre pour les b timents r nover Concr tement ces objectifs correspondent diminuer la consommation d nergie par 4 par rapport au niveau actuel A quoi correspond ce facteur quatre dans les b timents existants 30 Tableau 4 Objectifs de chauffage atteindre pour les b timents ant rieurs 1975 en kWh d nergie primaire par m habitable Usage Consommation Minist re de l industrie 2004 Valeur cible Chauffage kWh m an 328 82 Sidler 2003 d termine les valeurs cibles sur la consommation de l ensemble du parc de logements fran ais actuel et les value 50 kWh m an b timents anciens et neufs Le label Minergie en Suisse propose une consommation de chauffage de 15 kWh m an pour les b timents neufs et l atteint dans certaines configurations Il semble int ressant de diff rencier pour les valeurs cibles atteindre les b timents neufs dans lesquels on dispose d une plus grande marge de man uvre et le parc de b timents anciens Un facteur 4 de r duction dans chacun de ces secteurs a t distingu et on obtient une valeur cible d environ 80 kWh m an pour les consommations en chauffa
83. 0 et 60 8 Entre 60 et 40 7 Entre 40 et 20 6 Entre 20 et 0 5 Entre 0 et 20 4 Entre 20 et 40 3 Entre 40 et 60 2 Entre 60 et 80 1 gt 80 0 8 2 4 4 R duction des besoins en refroidissement en t La proc dure est similaire celle de l valuation du crit re R duction des besoins en chauffage en hiver Les besoins valu s sont ceux du syst me de refroidissement 8 2 4 5 Am lioration du confort d hiver L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution de r novation le gain de confort thermique en hiver L indice de confort nerg tique pour une solution de r novation est une note comprise entre 0 et 100 qui traduit la propension du b timent offrir une ambiance confortable durant l hiver Description de l algorithme Le confort d hiver est int gr par le biais du vote moyen pr visible le PMV Fanger 1970 Afnor 1995 Ashrae 1997 Le PMV est un indicateur de la qualit de l ambiance qui prend en compte diff rents param tres m tabolisme v ture vitesse d air humidit temp rature radiante moyenne temp rature d air C est une des sorties disponibles au niveau du mod le de b timent de TRNSYS En hiver pour son calcul on consid re une vitesse d air de 0 15m s pour les calculs dans chaque zone Une fois le PMV calcul pour toutes les pi ces il est pond r en fonction du taux d occupation de la pi ce Le m tabolisme retenu est indiqu dans le Table
84. 1 Cat gorie Explication Expression i 4 4 i Limite basse djeve att Niveau lev attendu qui est recomman pour les espaces Bu 0 33 Gy 188 2 I occup s par des personnes tr s sensibles et fragiles avec des exigences sp cifiques comme des personnes handicap es Limite haute malades de tr s jeunes enfants et des personnes g es g 33 8 188 5 TI d rM x Limite basse I Niveau normal attendu qu il convient d utiliser pour les Pinin 0 33 Pr 18 8 3 batiments neufs et les r novations Limite haute Bu 0 33 4 18 843 Limite basse m Niveau mod r acceptable attendu qui peut tre utilis Pinin 0 33 Gm 15 8 4 dans les batiments existants Limite haute En 0033 py 18 8 4 Valeurs en dehors des crit res des cat gories ci dessus Il IV convient que cette cat gorie soit accept e seulement pour une partie restreinte de l ann e 38 0 Limite de la temp rature op rative int rieure C Om Temp rature journali re ext rieure glissante moyenne Ces limites s appliquent pour la limite haute si 10 C lt Om lt 30 C et pour la limite basse si 15 C lt Om lt 30 C Au dessus de 25 C ces graphes sont bas s sur une base de donn es restreinte Th se de doctorat C FLORY CELINI 78 Universit Claude Bernard L indice de confort est calcul de la fa on suivante en fonction des cat gories pr d finies 1 Calculs des pla
85. 1 8 Organigrammes d cisionnels pour le logement collectif de 1900 Les plans d exp riences ont permis d appr cier les effets de la variation de l tat des facteurs sur la r duction des besoins en chauffage et l am lioration de l indice de confort d t L exploitation de ces r sultats aboutit aux organigrammes d cisionnels pr sent s ci dessous De fa on rep rer les r novations prioritaires nous avons choisi d illustrer les r sultats des plans par un graphe synth tique classifiant l importance des diff rents facteurs par ordre croissant Les priorit s sont indiqu es par ordre d croissant 1 repr sentant l intervention prioritaire Les l ments dont les interactions sont importantes sont reli s par des fl ches Au niveau de la l gende le bleu repr sente les solutions favorisant la r duction des besoins en chauffage le jaune l am lioration de l indice de confort d t et le blanc les solutions r pondant aux contraintes des deux p riodes cf 4 6 7 1 8 1 Appartement situ Lille La priorit se situe au niveau de la r duction des besoins en chauffage Les solutions install es dans cet objectif ont l avantage de favoriser le confort d t Les pr conisations suivantes sont donc retenues Fen tres performantes Calfeutrement Figure 57 Organigramme d cisionnel du logement collectif de 1900 Lille les chiffres de 1 6 indiquent l ordre des priorit s d intervention Ces solut
86. 191 N 1 N N 1 2 2N 4 4 4 4 Vi 8 8 11 16 8 16 32 8 22 64 8 29 128 12 37 256 12 46 512 12 56 1024 12 67 2048 16 79 4096 16 92 8192 16 106 16384 16 121 32768 20 137 65536 20 154 131072 20 172 262144 20 191 524288 24 211 1048576 4 5 2 Choix des r ponses Une mod lisation fine du comportement du b timent est n cessaire pour r aliser son diagnostic d une part et optimiser sa r novation au regard des besoins de chauffage et du confort d t d autre part Nous avons retenu deux indicateurs pour caract riser les p riodes tudi es les besoins en chauffage en kWh m pour la saison froide et un indice de confort d t 2 4 5 2 1 Besoins en chauffage en hiver Cette r ponse a t choisie du fait que la plupart des logements r sidentiels sont chauff s en France durant la p riode froide L objectif est tout d abord d valuer les besoins de chauffage du b timent existant puis de proposer des solutions les minimisant En thermique de l habitat pour calculer les besoins de chauffage ou de climatisation il est n cessaire de r aliser un bilan thermique Ce bilan peut tre simple ou compliqu selon ce que l on recherche Dans l approche retenue le bilan devra int grer les d perditions des parois int gration de l enveloppe les pertes a rauliques fissures et infiltrations parasites 31 Le nombre de Hadamard est un multiple de 4 32 Inspir d une m thode UCRES Miriel et al 2002
87. 2 6 Choix expert des dispositifs bioclimatiques int grables sur la maison individuelle de 1966 En fonction des priorit s d interventions d gag es par les plans d exp riences nous allons maintenant proposer des solutions bioclimatiques favorisant les strat gies mises en uvre pour Lille et Marseille 7 2 6 1 Cas de Lille Les facteurs identifi s Lille favorisent la conservation de l nergie et la captation de l nergie solaire Des dispositifs r pondent ces strat gies Les TIM La serre Les deux solutions identifi es vont tre optimis es par la r duction d une fonction d finie dans le 4 8 Par ailleurs en terme de ventilation naturelle la communication Flory Celini et al 2007 a montr que la ventilation par le sous sol suffit l inertie du sol de la cave est ainsi exploit e 7 2 6 2 Cas de Marseille A Marseille la principale strat gie identifi e consiste galement a conserver la chaleur notons que l isolation de la toiture favorise en sus l am lioration de l indice de confort d t elle devrait tre associ e au contr le du rayonnement solaire par l adjonction de stores opaques et enfin l am lioration de l inertie Les dispositifs identifi s sont les suivants Les TIM Les solutions favorisant l inertie comme le mur capteur accumulateur La ventilation nocturne ayant des effets n gatifs sur l indice de confort d t il est souhaitable d int grer une autre str
88. 2 Cloison adjacente la surface verticale sud de la maison 163 R sultats de l application de la m thodologie difficilement flexible car en interaction directe avec le Type 56 par des conditions aux limites En effet la fa ade adjacente la serre une surface fixe sur laquelle on impose le flux la temp rature et le d bit provenant de la serre En outre le type du batiment ne peut tre optimis directement par TRNOpt car il n est pas consid r comme un syst me De m me la hauteur de la serre est fixe car correspondant a celle de la surface adjacente L interface obtenue apr s optimisation est pr sent e sur la Figure 83 Nous avons fait varier les valeurs initiales des diff rents param tres et les r sultats obtenus sont synth tis s sur la Figure 84 15 x amp WinGenOpt File Chart Window DOI mfeasible iterate s Simulation 67 Results 43310 60057369 Simulation 67 Debit Simulation 67 L serre Simulation 67 R_glazing feasible iterate Perform local search feasible iterate mfeasible iterate pdate Parameter Iteration step did not reduce cost Iteration step did not reduce cost Redu Perform global search Simulation 68 Results Simulation 68 Debit Simulation 68 L_serre Simulation 68 R_glazing Simulation 69 Results 43284 11886344 Simulation 69 Debit 92 1875 Simulation 69 L_ serre 3 0 Simulation 69 R glazing Simulation 70 Results Simulation 70 Debit Simulation 70 L serr
89. 3 144 Enduit pl tre 0 1 Plancher B ton Lourd 50 2 171 Enduit pl tre 0 1 Hourdis B ton 12 B ton Lourd 4 3 012 Mortier 5 1 Carrelage Tuiles en terre cuite Toiture Bois lunii 2 1 795 Lame d air Bois l ger 2 59 Les couches d une paroi tant d finies de l ext rieur vers l int rieur de la zone Dans TRNBuild ce qui diff re les murs int rieur et ext rieur est le calcul des coefficients convectifs Th se de doctorat C FLORY CELINI 122 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie Un tage courant est retenu dans le cadre de cette tude deuxi me tage sro ice Fage Aiii liana GLEN Saut FF Panag TES i ut dine ass 117 dire EEDE EH oim Cari sas Te Era 603 HE eR CEE BS age r ws Fam sam Faye wae tua 4 Sees Pinaege Plueace 1559 dei 1175 Sere 12 te AWET Rat Figure 40 Fa ades ouest en haut et est en bas du b timent et coefficients cp associ s cf 7 1 3 La surface chauff e est de 110m L appartement est mod lis en retenant les hypoth ses suivantes Th se de doctorat C FLORY CELINI 123 Universit Claude Bernard 7 1 2 Hypoth ses de simulation Certaines hypoth ses de simulation ont t pr sent es au chapitre pr c dent Elles sont compl t es par des hypoth ses sp cifi
90. 6795 2 Inertie 58 Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation 45591 3 15 11 naturelle Inertie 59 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 45811 3 15 11 Ventilation naturelle Inertie 60 Volets Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie 38829 2 12 1 61 Calfeutrement 3 Volets Isolation transparente Ventilation 39049 2 2 4 naturelle Inertie 62 Fen tres performantes Volets Isolation transparente 47845 3 1511 Ventilation naturelle Inertie 63 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 48065 3 1514 transparente Ventilation naturelle Inertie Th se de doctorat C FLORY CELINI 188 Universit Claude Bernard Perspectives Nombre de crit res importants L outil d aide a la d cision permet de choisir en fonction des crit res la ou les solution s int ressante s Les r sultats sont pr sent s pour la m thode ELECTRE III dans tous les cas pr z 9 E LOE Tee w o g a a Z S 5 D a 2 a a ao a D a E oS oO 5 a D wi a ira e O 2 D 2 kr in a a Am lioration du confort d t a 0 ss ee a 9 ss ss ee 8 8 8 8 8 amp z gt Ye Crit res RUSS Co t de l op ration EUR R duction des besoins en chauffage Am lioration du c
91. 700 31600 31500 Figure 85 Optimisation du mur capteur accumulateur sur la maison individuelle 4 Marseille Les performances du mur capteur accumulateur install uniquement sur le s jour optimis ont t compar es celles de l adjonction de MCP install dans les cloisons l g res et c est cette derni re solution qui procure les meilleurs r sultats dans notre cas d tude 22020 kWh en besoins de refroidissement et de chauffage contre un peu moins de 31600 pour le mur capteur accumulateur optimis L adjonction de MCP est donc retenue pour la prochaine tape qui consiste compare les diff rentes solutions 73 Notons qu une optimisation int grant le d bit et le facteur solaire du vitrage en plus des param tres pr cit s a t r alis e Ces l ments sont d finis comme des entr es dans le Type 36 En lan ant GenOpt m me si les simulations sont lanc es le logiciel n incr mente pas les valeurs de ces donn es 165 R sultats de l application de la m thodologie 7 2 7 3 Optimisation du dimensionnement de l isolation transparente Les m mes param tres d optimisation que pour le logement collectif sont retenus A Lille et Marseille l optimisation a t r alis e en moins de deux heures et les r sultats suivants sont obtenus g 0 65 et U 0 6 W m K Ces valeurs correspondent au Cast glass elements Figure 86 Exemple de b timent avec des mat riaux d isolati
92. Cette remarque est galement valable pour un b timent neuf 28 Ceren 2004 66 Nombre de contre performances ont t r v l es des retours d exp riences de la p riode de l odyss e solaire des ann es 70 dues notamment aux aspects comportementaux des habitants Savatier 2000 Ces retours d exp riences poussent a pr coniser parall lement aux solutions de r novation des s ances de sensibilisation et d information li es a l utilisation de ces techniques Actuellement de nouvelles structures anim es par l Agence de l Environnement et de la Ma trise de l Energie peuvent assurer l information aupr s des particuliers sur des projets innovants ce sont les Espace Info Energie C est le cas du b timent pr cit sur lequel les aspects comportementaux ont pu tre mis en vidence gr ce un monitoring sur des appartements concern s C est galement dans cette perspective que ce travail de pr conisations de solutions bioclimatiques sur l habitat existant et sur l habitat dans sa globalit devrait tre accompagn d un guide de conseils destination des futurs utilisateurs de ces technologies Le travail de formation et d information est essentiel pour le fonctionnement de tels syst mes D un point de vue pratique pour le diagnostic d un b timent l approche classique consiste saisir les donn es par le biais d un questionnaire destination des particuliers qui concerne le b timent e
93. Exemples de typologies de maisons individuelles construites avant 1975 en France Jusselme 2007 24 La grammaire architecturale signifie selon Wright 1995 cit par Lucan 2005 la m me chose quelle que soit la construction qu elle soit faite de mots ou de pierre et de bois C est la relation formelle entre les divers l ments qui constituent le tout La grammaire de la maison est l articulation manifeste de toutes ses parties Ce sera le discours qu elle tient 25 Lucan 2005 La grammaire architecturale Frank Lloyd Wright 1867 1959 Cours du Prof Jacques Lucan Laboratoire de th orie et d histoire 1 Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne http Itha epfl ch enseignement_lth documents j_lucan cours_II 09_Wright pdf 2005 Th se de doctorat C FLORY CELINI 64 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER En outre un rapport command par le Minist re de l emploi de la coh sion sociale et du logement Gueyffrier 2006 recense la plupart des tudes r alis es sur le batiment existant en France d coulant sur les questions nerg tiques au cours de la d cennie coul e 6 Ce bilan pr cise que la caract risation du b ti reste mal connue et l on ne sait pas comment se comportent les diff rents types de bati Or cette connaissance est n cessaire pour d terminer les segments de parc prioritaires et les solutions techniques adopter de mani re pertinente C est pourqu
94. Fen tres performantes TIM Calfeutrement Inertie Fen tres performantes Calfeutrement Inertie Fen tres performantes U_mur Inertie Calfeutrement Inertie TIM Inertie Fen tres performantes Inertie TIM Calfeutrement Ventilation naturelle Fen tres performantes TIM Calfeutrement Ventilation naturelle Fen tres performantes Calfeutrement Ventilation naturelle Fen tres performantes TIM Ventilation naturelle Calfeutrement Ventilation naturelle TIM Ventilation naturelle Fen tres performantes Ventilation naturelle TIM Calfeutrement Fen tres performantes TIM Calfeutrement Fen tres performantes Calfeutrement Fen tres performantes TIM Calfeutrement TIM Fen tres performantes B timent non r nov i E Indice de confort d t B Besoins de chauffage oO Figure 59 Comparaison des diff rentes solutions pour le logement collectif situ Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard 143 Fen tres performantes TIM Stores Ventilation naturelle Inertie TIM Stores Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes Stores Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes TIM Ventilation naturelle Inertie TIM Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes TIM Stores Inertie TIM Stores Inertie Fe
95. Finalement vu la difficult de d gager d une part une relation entre la consommation et la situation du b timent et d autre part une typologie quantitative des b timents en France M tropolitaine on choisit d appliquer la m thodologie propos e sur deux b timents de r f rence une maison individuelle et un logement collectif parfaitement identifi s rendu possible par le recensement des donn es qui ont permis de d finir ces difices 5 2 2 P riodes de construction retenues Dans son ouvrage R habilitation des batiments existants Joffroy 1999 pr sente trois grandes p riodes de construction des logements construits avant 1974 Les logements anciens Le logement social de l entre deux guerres Le logement social des ann es 1950 1975 De mani re compl mentaire les informations disponibles dans Joffroy 1999 peuvent tre compl t es par celles contenues dans l tude r alis e pour le Minist re du logement par Grauli re 2005 qui explicite les typologies de fa on qualitative Une fois les caract ristiques globales recens es l homme d tude peut se r f rer l ouvrage du Cstb 1980 pour renseigner les param tres thermo physiques Pour ces trois p riodes les diff rents arch types trouv s sont pr sent s 5 2 2 1 Les logements anciens Ce sont les logements construits avant la premi re guerre mondiale Ils sont caract ris s par une tr s grande h t rog n it due essentielleme
96. Gain Cin contour Tee Am lioration du confort d t Am lioration de la qualit Am lioration de la qualit d air int rieur Fees Am lioration de la facilit de vie Re nee Nuisance des travaux Robustesse des performances 8 24 Description des crit res retenus dans REFLEX Bio A la vue du Tableau 55 le lecteur pourrait croire que la seule diff rence entre REFLEX et REFLEX Bio se situe uniquement dans l utilisation de solutions diff rentes cf Annexes et au niveau de la s lection des crit res Client En r alit m me si les crit res portent les m mes d signations leur contenu diff re Ainsi la qualit environnementale des solutions bioclimatiques n est pas bas e sur la m me chelle que les solutions classiques Le mieux est de situer ce que sous tendent ces crit res 8 2 4 1 Co t de l op ration L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution de r novation le cotit de l op ration Le calcul consid re le co t effectif de la solution de r novation 75 La strat gie en lien avec les volets consiste les fermer la nuit en hiver et les appliquer en journ e en t 180 Description de l algorithme Cette valuation s inspire des informations donn es par les fournisseurs demande de devis aux entreprises pour les mat riaux disponibles sur le march ou encore d une moyenne des donn es conomiques pour les proc d s peu d velopp s Les solutions sont ens
97. Il est bien s r nul dans les zones virtuelles 6 6 2 1 Descriptif des batiments Tableau 27 Caract ristiques thermo physiques des parois et des mat riaux utilis s Mat riaux p Densit kg m3 Cp Capacit kJ kg K Conductivit W m K Brique 1800 0 88 B ton 2400 0 8 2 1 Isolant 40 0 04 Rev tement de plancher 800 0 07 0 8 1 Tableau 28 Les couches d une paroi sont d finies de l ext rieur vers l int rieur de la zone Mat riau Epaisseur U MUR_50 Brique 50 cm 1 365 W m2 K MUR_25 Brique 25 cm 2 216 W m2K MURINT_25 Brique 25 cm 2 216 W m 2 K TOITURE L ha 0 233 W m2 K B ton 24 cm Isolant 8 cm B ton 24 cm PLANCHER Silence 4 cm 0 313 W m2 K Bois 6 cm Rev tement de plancher 0 5 cm Pour les deux b timents une fen tre de 10m en simple vitrage cf Tableau 20 est plac e au Sud BATIMENT 1 TRAITEMENT CLASSIQUE Le b timent est consid r comme ayant toutes les fa ades de 50 cm d paisseur hormis la fa ade Sud de 25cm d paisseur 56 Forte valeur du coefficient convectif mod lisant un contact direct dans TRNBuild 117 10m 10m Figure 36 Descriptif du b timent avec parois classiques vue de haut BATIMENT 2 TRAITEMENT DES PAROIS A FORTS COEFFICIENTS CONVECTIFS Chaque fa ade de 50cm est d compos e en 1 zone virtuelle d crite comme suit Ext rieur hyurEXT25 back 64 kJ h m K
98. Il est donc n cessaire d tudier parall lement l indice propos par la norme les causes des indices calcul s Ainsi autant les solutions propos es Marseille correspondront des dispositifs favorisant des strat gies de froid autant Lille on cherchera satisfaire une strat gie de chaud isolation par exemple Le comportement en mai et septembre Lille se rapproche donc plus de la saison froide comme montr sur la Figure 43 Plus de la moiti du mois les temp ratures de la zone ouest sont ont dehors des plages de confort adaptatif d finit par Afnor 2007 Les solutions propos es pour la p riode froide auront donc une incidence sur le confort en mai et septembre Si on ne devait se baser que sur les besoins en refroidissement en t il ne faudrait rien r nover Lille En revanche en int grant le confort des am liorations peuvent tre port es notamment en mai et septembre La priorit Lille reste toutefois la r duction des besoins en chauffage Par quel biais peut on atteindre le facteur 4 L tude du poids des l ments du b timent apporte des pistes de r novation cf 7 1 6 127 R sultats de l application de la m thodologie 40 40 35 35 30 30 25 25 20 20 15 15 5525 5530 5535 5540 5545 5550 5020 5025 5030 5035 5040 5045 a Temp ratures le 18 ao t Lille b Temp ratures le 28 juillet Marseille Text TAIR_ZoneOuest T_A4fnor ZoneOuest 2 T_Atmor ZoneOu
99. Le r le du microclimat et de ses possibilit s de brise locale ou d coulement d air induit est fondamental pour d terminer les conditions de bien tre dans un environnement b ti Mise part l ombre cr e la v g tation transpire de l eau qui peut provoquer un effet de rafra chissement passif par vaporation N cessit d un espace disponible L eau peut tre exploit e par plusieurs biais des colonnes d eau pour am liorer le L eau SE pics ees is vos i 2ou3 stockage de la chaleur l int rieur d un b timent ou encore l installation de plans d eau l ext rieur qui favorise l vapotranspiration at Pour les combles l installation de fen tre en toiture est g n ralement possible Une solution pour les b timents dont les L20u3 L clairage naturel pi ces ne peuvent tre d cloisonn es est l installation d un puits de lumi re ye 1 ap WA 2 4 Conclusions sur l tat de l art La pr sentation du contexte a mis en exergue que la r novation constitue la priorit d intervention dans le secteur du b timent r sidentiel La m thodologie propos e est la cons quence de nombreux questionnements qui partent du constat suivant Quelle d marche adopter quand on souhaite r nover un b timent Pour ce faire nous nous sommes int ress s la mati re fournie dans la litt rature L homme d tudes souhaitant appliquer des solutions bioclimatiques dans ce secteur dispose de
100. Lille et Marseille avec des poids plus grands Lille dus des besoins calcul s plus importants Le graphe des effets des facteurs sur la r ponse Besoins en chauffage montre une pr dominance des effets principaux Les gains solaires et la ventilation n ont quasiment pas d effet par rapport aux autres facteurs sur la r ponse L l ment ayant le plus d effet tant le coefficient de d perditions du mur la borne sup rieure correspond au b timent non isol Il est suivi par la position de l isolant l isolation ext rieure diminuant de fa on plus cons quente les besoins Il s ensuit l am lioration du coefficient de d perditions de la fen tre On note ensuite une diff rence de classement infime les facteurs ayant quasiment le m me poids entre les deux zones g ographiques A Lille on trouve l isolation de la toiture suivie de celle du plancher A Marseille c est l inverse Les repr sentations graphiques Normal Plot et Half Normal Plot confirment cette tendance 7 2 4 3 R sultats des plans d exp riences durant la p riode chaude sur la maison individuelle Pour les 37 simulations r alis es pour chacune des m t os l indice de confort d t est calcul en juillet et est renseign sous Nemrod Les graphes des effets et les repr sentations graphiques Normal Plot et Half Normal Plot sont pr sent s sur les figures suivantes Ils ont suivis de l analyse des effets d interaction Th se de doct
101. Note attribu e lt 40 15 Entre 40 et 30 14 Entre 30 et 25 13 Entre 25 et 20 12 Entre 20 et 15 11 Entre 15 et 10 10 Entre 10 et 5 9 Entre 5 et 0 8 Entre 0 et 5 7 Entre 5 et 10 6 Entre 10 et 15 5 Entre 15 et 20 4 Entre 20 et 25 3 Entre 25 et 30 2 Entre 30 et 40 1 gt 40 0 8 2 4 8 Nuisance des travaux L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution de r novation la nuisance induite par les travaux La nuisance des travaux est appr ci e par une note qualitative croisant trois crit res l ampleur des travaux l habitabilit du logement pendant les travaux et la dur e des travaux Description de l algorithme La proc dure fonctionne en deux temps 1 Construction de la note 1 agr geant une note relative l ampleur des travaux et une note relative l habitabilit du logement pendant les travaux 2 Construction de la note nuisance des travaux en croisant la note 1 avec une note relative a la dur e des travaux 1 Construction de la note 1 On distingue 3 classes d ampleur des travaux tr s l gers ou ayant lieu hors zone de vie zdv A l gers dans zone de vie B et enfin lourds dans zone de vie C De m me on distingue 3 classes d habitabilit pendant les travaux totale A partielle B et Nulle C Ces deux crit res sont crois s afin d obtenir la note 1 selon les modalit s suivantes 184 Perspectives Nombre de cri
102. Optimisation du dimensionnement du mur capteur accumulateur L installation du mur capteur accumulateur s effectue de fa on similaire la serre au niveau du s jour La fa ade du s jour comprenant deux fen tres est enti rement remplac e par le mur capteur accumulateur Les conditions aux limites correspondent galement la temp rature au d bit et au flux de chaleur provenant du mur capteur accumulateur Le m me Type d crit le mur capteur et le mur Trombe dans TRNSYS Ce qui diff re est la d finition de la fonction de contr le qui est nulle pas de circulation d air dans le cas du mur capteur Le Type 36 Thermal Storage Wall d crit ce ph nom ne en offrant quatre modes op ratoires par la d finition de la fonction de contr le y qui d termine le d bit d air souhait et la fa on dont l air circule Le premier mode est retenu le rayonnement solaire total et la transmission du vitrage sont des entr es comme le d bit d air de la lame Le dimensionnement du mur Trombe s effectue par le biais des param tres suivants paisseur du mur variant de 0 1 0 5m la longueur de la lame d air entre le vitrage et le mur de 0 5m le coefficient d absorption du mur variant de 0 1 0 95 Fonction co t 32500 32400 32300 32200 92100 abs 0 8 dist 6 epai 0 5 32000 31900 31800 abs 0 9 dist 0 0001 epai 0 158 m abs 0 85 dist 0 1 epai 0 5 x abs 0 89 dist 0 001 epai 0 16 31
103. Par ailleurs le d bit est directement calcul par TRNFLOW dans REFLEX Bio Nuisance des travaux La proc dure est similaire 186 Perspectives Nombre de crit res importants 8 2 5 R alisation du tableau des performances et visualisation des r sultats de REFLEX Bio Pour chacune des solutions les crit res sont valu s cf 8 2 4 Les tableaux de performances suivants sont obtenus pour les diff rentes m t os Tableau 63 D signation des crit res Descriptif D signation Co t de l op ration CRITFIN Qualit environnementale de l op ration CRITENV R duction des besoins en chauffage CRITENE1 R duction des besoins en refroidissement CRITENE2 Am lioration du confort d hiver CRITCFT1 Am lioration du confort d t CRITCFT2 Am lioration de la qualit d air int rieur CRITCFT3 Nuisance des travaux CRITDIV 8 2 5 1 Appartement situ Lille Tableau 64 Tableau des performances du logement collectif de 1900 Lille N SOLUTIONS CRITDIV CRITCFT3 13 pall 15 15 iil 15 a ajajaj G1 G1 OT OT NV NV CO CO NI NV S O0 an jolojlejelolo N INjeleINiINnjelejlejelolole lo CRITENV oo NI G0 CO NI Oo Th se de doctorat C FLORY CELINI 187 Universit Claude Bernard Perspectives Nombre de crit re
104. R habiliter l architecture traditionnelle m diterran enne Symposium r gional Marseille le 23 24 et 25 de septembre 2005 Programme Rehabimed www rehabimed net 2005 Roulet et al 2002 ORME A multicriteria rating methodology for buildings Roulet C A Flourentzou F Labben H H Santamouris M Koronaki I Dascalaki E and Richalet V Building and Environment v 37 p 579 586 2002 Roulet 2004 Sant et qualit de l environnement int rieur dans les b timents Roulet CA Collection G rer l Environnement Presses polytechniques et universitaires romandes 2004 Roy et al 1993 Aide Multicrit re a la d cision M thodes et cas Roy B et Bouyssou D Collection Gestion Ed Economica 1993 209 Saint Gobain 2000 M mento Saint Gobain Glass Edition 2000 Santamouris et al 1996 Passive cooling of buildings Santamouris M and Asimakopoulos D Ed James and James 1996 Savatier 2000 Visite des maisons solaires Chamb ry Savatier G Maison des Energies Formation en nergies renouvelables et valorisation nerg tiques des d chets 2000 Schmitz Giinther 1999 Eco Logis La maison a vivre Schmitz Giinther T Ed K nemann 1999 Sidler 2000 Logements a faibles besoin en nergie Guide de recommandations et d aide a la conception Sidler O 2000 Sidler 2003 Diviser par 4 la consommation d nergie des batiments mythe ou r alit Sidler O 2003 Siegel et al 1981 Thermal
105. Rad R Riesenfeld eds Computer Aided Geometric Design Catmull 1974 Rom R Academic Press San Francisco pp317 326 1974 Cen 2006a EN 15217 Energy Performance of Buildings Method for expressing Energy Performance and for Energy Certification of Buildings Brussels CEN 2006 Cen 2006b EN 15603 Energy Performance of Buildings Assessment of Energy Use and Definition of Energy Ratings Brussels CEN P 50 2006 Ceren 2004 Consommations moyennes d nergie r gionales distinguant l usage chauffage exploitation particuli re de l enqu te logement 2001 2002 Secteur r sidentiel Etude 4105 CEREN Centre d tudes et de recherches conomiques sur l nergie Juillet 2004 CETE 2005 D veloppement Durable dans les Constructions Publiques CETE Centre d Etudes Techniques de l Equipement http www2 urbanisme equipement gouv fr actu ip n6 textes fiche_puits_canadien2005_12_09 pdf 2005 Chung et al 1999 Semi analytical solution for heat transfer from a buried pipe with convection on the exposed surface Chung M Jung P S H Rangel R International Journal of Heat and Mass Transfer n 42 pp 3771 3786 1999 CLIP 2001 Les cahiers du CLIP Club d Ing nierie Prospective Energie et Environnement Habitat et d veloppement durable Bilan r trospectif et prospectif Num ro 13 Avril 2001 CNIDEP 2007 Nouveaux isolants thermiques http www cnidep com D405 pdf 2007 CNISF 2007 B timents et Ma trise
106. Troisi me tape Construction de l indice de confort partir de ces fr quences d occurrence de la m me mani re que pour l indice de confort cf 4 5 2 2 Quatri me tape Construction du crit re gain de confort en hiver Pour chaque solution le crit re gain de confort s obtient en calculant la diff rence entre l indice de confort de la solution et celui de la solution sans intervention de r novation 8 2 4 6 Am lioration du confort d t 2 La proc dure est similaire celle de l valuation du crit re Am lioration du confort d hiver En revanche c est l approche adaptative qui est retenue L indice du confort d t a t pr sent dans la partie traitant des indicateurs retenus pour les plans d exp riences cf 4 5 2 8 2 4 7 Am lioration de la qualit de l air int rieur L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution de r novation le gain de qualit d air int rieur La qualit de l air int rieure est valu e par une note en fonction de la concentration de C02 calcul e dans le b timent Description de l algorithme L algorithme fonctionne en deux tapes Premi re tape Calculs de la concentration de CO2 en ppm partie par million dans le b timent Azar et al 2007 A occupants X 0 25 X Act X 60 Ceo x 1000000 Equation 21 4 TXV ventil Le num rateur de la fraction est gal au d bit volumique de CO produit par les occupa
107. Une fois les exp riences dict es par la matrice d exp riences on renseigne les vecteurs correspondants dans le plan d exp rimentation L outil de r alisation des plans d exp riences peut alors proposer plusieurs sorties selon le plan retenu Selon l information recherch e l homme d tudes choisira le type de sorties d sir Ainsi plusieurs restitutions graphiques des effets des facteurs peuvent tre disponibles quelques uns sont cit s ci dessous le graphe de Pareto le graphe des effets directs et des interactions le graphe Bayesien Ces diff rentes sorties permettent de jauger l influence des diff rents facteurs sur un processus tudi mais galement les interactions qui peuvent exister entre ces facteurs Des exemples de ces sorties sont pr sent s dans la mise en ceuvre de la m thodologie cf 7 1 6 2 7 1 6 3 7 2 4 2 et 7 2 4 3 L avantage de l exploitation des r sultats de simulation par les plans d exp riences r side galement dans le fait que par une analyse statistique on peut v rifier les mod lisations qui peuvent contenir des erreurs Cette op ration est possible par l analyse des r sidus qui correspondent a la variation des r ponses restant inexpliqu es Une forte valeur de r sidu peut signifier une erreur dans un essai Le poids des coefficients d termin s a cette tape permet de dresser un organigramme d cisionnel en termes d interventions sur le b timent 80 Pr sentation
108. Universit Lyon 1 Claude Bernard Ecole doctorale MEGA M canique Energ tique G nie Civil Acoustique Th se Mod lisation et positionnement de solutions bioclimatiques dans le b timent r sidentiel existant Pour obtenir le grade de Docteur de l Universit Lyon 1 Claude Bernard Sp cialit G nie Civil Pr sent e et soutenue publiquement par Caroline FLORY CELINI Le 19 juin 2008 Directeur de th se Joseph VIRGONE Jury Pr Gilbert ACHARD Universit de Savoie Rapporteur Pr Claude Alain ROULET Ecole Polytechnique F d rale de Lausanne Rapporteur Pr Andr DE HERDE Universit Catholique de Louvain Examinateur Denis COVALET EDF R amp D Co directeur de th se Dr Thierry DUFORESTEL EDER amp D hse ees Examinateur Pr Eric JACQUELIN Universit Claude Bernard Lyon Examinateur Pr Jean Jacques ROUX INSA de Lyon 7 Examinateur Dr Joseph VIRGONE Universit Claude Bernard Lyon Directeur de th se Pr Roger PHAN TAN LUU Universit d Aix Marseille Invit Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard A Dally et Yayi pour leur diligence et leur patience A Manman Yvonne Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard REMERCIEMENTS Claudia LUCE apr s s tre charg e de l ducation de ses enfants a d cid une fois qu ils taient adultes de poursuivre son cursus universitaire mer
109. _faq php 2008 Hollmuller et al 2001 Transformation du ch teau de Val re en mus e un concept nerg tique r pondant de fortes contraintes Hollmuller P Lachal B Weber W Bonvin M Cordonier P Derivaz J An ay C Proceedings de CISBAT 01 Ecole polytechnique f d rale de Lausanne 2001 Hollmuller 2002 Utilisation des changeurs air sol pour le chauffage et le rafraichissement des batiments Hollmuller P Th se de doctorat Universit de Gen ve 2002 Hollmuller 2005 Rafraichissement par geocooling Bases pour un manuel de dimensionnement Hollmuller P Lachal B Pahud D Rapports de recherche du CUEPE N 5 Universit de Gen ve Centre Universitaire d Etude des Probl mes de l Energie CUEPE 2005 Id esmaison 2007 Le puits canadien http www ideesmaison com Le puits canadien ou puits html 2007 IEA 1989 Passive and Hybrid Solar Low Energy Buildings Design Context 2 IEA International Energy Agency y 8y 8 gn By Agency July 1989 IEA 1991 Condensation and Energy Report Annex XIV vol 1 Source book Leuven Belgique International Energy Agency Energy Conservation in Buildings and Community Systems Program 1991 IEA 1997 Solar Energy in Building Renovation Solar collectors Glazed balconies Transparent insulation IEA International Energy Agency Ed James and James 1997 IEA 2005 Collection of Reports IEA Annex 41 Subtask 1 Common Exercise 1 Case 0A
110. a Charte d Ath nes Le Corbusier Editions de Minuit 1957 Les amis de la terre 2007 R novation thermique de mon logement Besoins d aide Les amis de la Terre www amisdelaterre org 2007 Le Nouvel Observateur 2007 Grenelle de l environnement quelques propositions consensuelles mais statu quo sur le nucl aire et les OGM AP 27 09 2007 17 25 Li bard et al 2005 Trait d architecture et d urbanisme bioclimatiques Li bard A De Herde A dit par Observ ER 2005 Lucas 2001 D veloppement et validation de mod les thermo hydriques dans les batiments Influence de la condensation et des syst mes de traitement d air coupl s aux batiments Lucas F Th se de doctorat de l Universit de La R union 2001 Manicore 2007 Climat nergie et quelques milliards d hommes Jancovici JM http www manicore com 2007 Mansouri 2003 Conception des enveloppes des batiments pour la ventilation naturelle Mansouri Y Th se de doctorat au Cerma de Nantes 2003 Marco 2005 Seminar on phase change materials and innovation products Marco I Brianza Plastica Beijing China Tsinghua University October 20 2005 Maystre et al 1994 M thodes Multicrit res ELECTRE Description conseils pratiques et cas d application a la gestion environnementale Maystre L Pictet J Simos J Presses Polytechniques et Universitaires Romandes 1994 Mazria 1979 Le guide de la maison solaire Mazria E Ed Pa
111. a toiture Toitures v g talis es Toitures bassin MCP Isolation de la toiture Am liorer les performances thermiques des murs et des toitures Isolants performants Etanch it l air de la toiture Calfeutrer tanch ifier l enveloppe Calfeutrement Fen tres Diminuer la surface des apports solaires Fen tres plus petites Rejeter la chaleur Fen tres r fl chissantes Diminuer les apports solaires Dispositifs d ombrage fixes Dispositifs d ombrage mobiles Favoriser le couplage direct entre les espaces capteurs et les espaces chauffer Fen tres Couplage dela Favoriser la thermo circulation Ajouter Puits de lumi re toiture aux ou modifier le cloisonnement les autres zones relations les ouvertures entre les pi ces Mezzanine Installer une circulation d air ou d eau travers des tuyaux Distribution Tuyaux m canique Installer des fen tres Augmenter le p i Fen tres nombre ou la surface des fen tres Installer un nouveau type de fen tre ou R i 7 WP Fen tres de vitrage Fen tres en toiture Diminuer le nombre de fen tres Fen tres Diminuer la surface des apports solaires Fen tres Diminuer les apports solaires Dispositifs d ombrage mobiles 70 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 10 Association des strat gies et dispositifs climatiques
112. action sont relev s entre certains facteurs Ils sont tudi s ci apr s Inertie aVent_nat E Batiment existant Niveau Nf2 E Adjonction de MCF L Vent_nat gt inertie Niveau N 1 Niveau N 2 gt Adionction de AlndConfortLille Vent_nat a E Niveau N 1 Be E Niveau N 2 Le x A HR A Niveau NPT ro Inertie or gt B timent existant dionction de MCP Figure 75 Effets des interactions X4 X6 sur la r ponse Indice de confort Lille sur la maison individuelle AlndConfartharseille Vent_nat A Protection Niveau N 1 cere Niveau N 2 Protection gt Vent_nat Store opaque Sans protection gt A IndConfortMarseille Protection Ms H Store opaque E Sans protection Store opaque Vent_nat gt Niveau N 1 Niveau N 2 Figure 76 Effets des interactions X2 X4 sur la r ponse Indice de confort Marseille sur la maison individuelle A Lille l adjonction de MCP diminue d autant plus le confort que la ventilation nocturne n est pas appliqu e cf Figure 75 La ventilation nocturne d grade d autant plus le confort que le b timent n est pas inerte Il vaut mieux ne pas appliquer la ventilation nocturne ni augmenter l inertie6 L tude des interactions Marseille cf Figure 76 montre que l indice de confort d t peut tre am lior en diminuant le facteur solaire par l installation de stores opaques d autant plus que la ventilation nocturne n est pas a
113. aire Compte tenu de l tendue et de la complexit de la probl matique des choix ont t n cessaires La mise en place d une m thodologie a t privil gi e par l efficacit qu elle pr sente Toutefois certains cueils ont t rencontr s Nous pensions en effet au d part pouvoir proposer des organigrammes d cisionnels en termes d interventions sur le b timent construit pour n importe quel difice Force a t de constater la difficult de dresser une typologie quantitative des b timents construits avant 1975 en France tant donn e la r gionalisation des types de construction durant cette p riode notons que durant la r daction de ce manuscrit nous apprenons que le rapport sur les typologies r alis par Energies Demain command par la DGUHC vient d tre finalis et recense quelques 2000 typologies c est dire que le sujet est primordial Ceci tant sur les analyses qualitatives 199 existantes le choix de batiment de r f rence a t r alis et permet de dresser une m thode de travail applicable d autres b timents N anmoins l objectif final d EDF tant de r aliser un guide prescriptions la r novation bioclimatique cette m thodologie peut servir de base pour d finir des solutions g n riques Pour ce faire il est utile de l appliquer sur toutes les typologies recens es dans le rapport pr cit Cette application peut tre r alis e par les r seaux de neurones Au niveau de
114. aire les meilleures techniques disponibles pour r pondre des proc d s de r novation sont identifi es Le dimensionnement de certaines solutions ne s improvise pas c est par exemple le cas de la serre Nous avons donc opt pour le choix d une m thode d optimisation Elle consiste en fonction des param tres caract risant un dispositif r duire une fonction co t d pendant de param tres nerg tiques Le principe de la m thodologie est illustr sur la Figure 14 qui synth tise les diff rentes tapes d clin es ci dessous La premi re tape consiste d crire le b timent existant de la fa on la plus fine possible phase 1 et un tat des lieux y est r alis En phase 2 l homme d tudes identifie les param tres qualitatifs ou quantitatifs caract risant les l ments du b timent qui pourront avoir une influence sur les r ponses tudi es cette tape n cessite une certaine expertise Ces facteurs sont les entr es de la m thode math matique bas e sur des plans d exp riences qui optimisent le nombre de simulations effectuer par le biais d une matrice d exp riences qui dicte l homme d tudes les simulations r aliser Cette tape concr tis e les plans sont appliqu s avec le logiciel de simulation thermique dynamique dont les sorties consid r es dans nos applications sont les besoins en chauffage en hiver kWh m et les temp ratures en t phase 3 Notons que l
115. aissance des processus climatiques qui engendrent des r ponses d termin es des b timents En r alit l homme d tudes devra porter une attention particuli re aux aspects environnementaux et de microclimat La difficult tant de concilier ces param tres l outil de simulation retenu Par ailleurs en terme de conception bioclimatique un syst me peut disposer de tr s bonnes performances mais si son utilisation ne s accompagne pas d une sensibilisation pour ne pas parler d ducation correcte des occupants on peut noter de s rieux dysfonctionnements Les hypoth ses comportementales sont donc primordiales Elles ont t galement int gr es par le biais de l ouverture des fen tres et l utilisation possible des volets 200 En outre en terme s mantique pourquoi avons nous employ bioclimatiques et non solutions durables Parler d architecture durable sous tend de d passer les simples aspects nerg tiques et de confort et d aller dans l analyse du cycle de vie du b timent Cette proc dure est encadr e normes ISO 14062 XP P 01 010 Afnor 2004 par exemple et des outils sp cifiques sont d velopp s En revanche les donn es environnementales et sanitaires n existent que pour des produits sp cifiques et pas pour toutes les solutions propos es dans cette tude ex la paraffine dans les mat riaux changement de phase D aucuns diront que nous sommes aujourd hui l heure durable et
116. alysant ces r sultats il ressort qu il est n cessaire de distinguer la consommation des maisons individuelles de celle des appartements En effet la p riode d ach vement de b timents la plus nergivore est celle qui va de 1968 1974 pour les maisons tandis qu elle se situe avant 1915 pour les appartements Globalement les maisons qui consomment le plus d nergie se localisent dans la p riode d ach vement allant de 1949 1974 Les appartements construits avant 1948 ont la consommation la plus importante Pour les appartements construits apr s 1999 peut on parler de mauvaise performance de l enveloppe sachant qu ils ont t construits apr s la r glementation de 1988 Serait ce d une mauvaise application ou la non application de la r glementation Ou encore ne pourrait on pas envisager que les crit res de confort ayant volu le comportement des usagers entra ne une augmentation de la consommation Nous voyons poindre un probl me de taille Comment dissocier de ces donn es la part comportementale de celle de la structure du b timent Il n emp che que ce cas appartements construits apr s 1999 mis part les p riodes d ach vement de b timent pour lesquelles la consommation nerg tique est la plus importante se situent avant 1975 Nous choisissons donc d illustrer la d marche m thodologique MEXPER par des pr conisations bioclimatiques pour les b timents datant de cette p riode 5 2 Choix des l
117. amille d habitat individuel sous le nom de pavillon de la reconstruction typique et banal L auteur note galement que ce type de construction est facilement identifiable avec ses enduits ciments ses barres d appui rondes ses formes cubiques ses fen tres proches du carr Il s en construit sur tout le territoire fran ais dans les villages d truits par la guerre comme dans les banlieues des plus grandes villes 7 2 1 Typologie d une maison individuelle des ann es 1950 1975 Le b timent de r f rence de 1966 a t r alis par Minist re de l quipement et du logement 1971 Il est constitu de 3 niveaux le sous sol le rez de chauss e s jour pi ces de service chambres 1 3 et d un tage chambres 4 et 5 greniers 1 et 2 et placards sur une surface habitable de 120m hors garage cave et greniers La pente de la toiture est de 45 due r Al ITS N gt Figure 61 Descriptif du b timent de 1966 Minist re de l quipement et du logement 1971 Notons que cette maison poss de un plafond sous toiture moyennement isol 5 cm de laine de verre e de doctorat C FLORY CELINI 145 Universit Claude Ber R sultats de l application de la m thodologie Tableau 42 Caract ristiques thermo physiques des parois et des mat riaux utilis s Mat riaux p Densit kg m3 Cp Capacit kJ kg K Conductivit W m K B ton de cailloux 2200 1 1 50 1 Parpaing
118. amiques ou autres rev tements de bonne conductivit thermique Une peau interne de brique ou un mat riel de masse lev e peut tre ajout e aux structures bois de construction encadr e pour augmenter la masse thermique Cette technique de construction est connue en tant que placage renvers de brique Il faut n anmoins veiller pour qu elle soit efficace situer la brique l int rieur du b timent L int gration de mat riau changement de phase est galement envisageable Elle pr sente galement l avantage de ne pas trop r duire la surface habitable Ces mat riaux et leur application sont d crits en annexe mamne J ap uorneAouz ap nesaru ma je s nbyewr syyIsodstp sa 9 nee qeL ye 1 ap WA INITHO ANOTA D I00p ap SL LY preuseg pne AISIOAIUN L isolation Elle doit tre paisse avec des raccords tanches les ponts thermiques sont viter L id al est une enveloppe isolante ext rieure i e une isolation sur la fa ade sous le plafond de la cave ou au niveau du sol des combles ou sur les chevrons Augmenter les niveaux existants d isolation et isoler tous les plafonds et murs et planchers pr c demment non isol s dans des climats frais 1 2ou3 La serre Ce dispositif pr sente de nombreuses de configurations vari t s g om triques son int gration d pendra donc de la configuration du b timent Les serres peuvent soit simplement tre ajout es la fa ade
119. amme baton d de la variation de la r ponse pour un des facteurs de l interaction pour un niveau fix de l autre facteur Il s agit de diagrammes repr sentant les effets d interactions entre deux variables Un des deux facteurs est repr sent sur l axe des abscisses La valeur de la r ponse est donn e en ordonn e pour chacun des deux niveaux du second facteur couleurs diff rentes Les droites donnent la pente d volution de la r ponse pour une variation du facteur repr sent en abscisse Il n y a pas d interaction lorsque cette pente d volution est ind pendante du niveau du deuxi me facteur 65 Notons qu il n y a pas de compromis trouver pour le facteur solaire qui est g r par des protections mobiles de doctorat C FLORY CELINI 133 Universit Claude Berna La Figure 46 montre que la r novation de la fen tre et la r novation des murs produisent des effets similaires elles r duisent de plus de moiti les besoins en chauffage Il n y a peu d interaction entre ces l ments et les effets s ajoutent les pentes des droites sont quasiment identiques Par rapport un b timent non isol simple vitrage et murs anciens l am lioration du coefficient de d perditions des fen tres combin e l isolation des murs diminue donc de fa on cons quente les besoins le facteur 4 est largement atteint Bien que ces deux isolations ne soient pas corr l es il est int ressant de noter qu en les
120. an Commission DG TREN http www cenerg ensmp fr ease index html 2000 Peuportier 2001 R habilitation d un batiment de 52 logements a Montreuil Rapport d avancement de la convention ADEME Armines Peuportier B Ecole des Mines de Paris 2001 Peuportier 2003 Eco conception des b timents b tir en pr servant l environnement Peuportier B Les Presses Ecole des Mines de Paris 2003 Platat 2007 Une industrie verte pour faire pousser le travail Climat La lutte contre le r chauffement cr erait plus d emplois qu elle n en supprimerait selon l Ademe Platat S Journal Lib ration http www liberation fr actualite economie_terre 255031 FR php Prebat 2006 Synth se Comparaison internationale B timent et Energie Rapport interm diaire ADEME PUCA CSTB PREBAT Carassus J Visier JC http www prebat net benchmark synthese pdf 2006 Quirouette 2004 La pression d air et l enveloppe du b timent QUIROUETTE R Soci t canadienne d hypoth ques et de logement 2004 R gion Wallonne_C 2003 Types de ch ssis R gion Wallonne 2003 R gion Wallonne_V 2003 Types de vitrage R gion Wallonne http www ibgebim be FRANCAIS pdf energie s08 20brochure01 pdf 2003 Regnier 2003 Conception de syst mes h t rog nes en G nie lectrique par optimisation volutionnaire multicrit re Regnier J Th se de doctorat de l Insa de Toulouse Sp cialit G nie Electrique 2003 RehabiMed 2005
121. analyser un facteur la fois a le grand d savantage de ne pas tenir compte des interactions possibles entre les facteurs La m thode des plans factoriels permet une am lioration de cette strat gie de recherche exp rimentale La diff rence capitale entre les plans factoriels et la m thode classique tient au fait que l on fait varier les niveaux de tous les facteurs la fois chaque exp rience mais de mani re programm e et raisonn e La m thode des plans factoriels est une m thode d identification pour des mod les additifs avec des interactions quation 2 On distingue les plans par le nombre de niveaux g n ralement 2 ou 3 consid r s pour les variables Les niveaux correspondent au nombre de valeurs donn es chaque facteur Habituellement le nombre de niveaux est le m me pour tous les facteurs Il existe aussi des plans hybrides m langeant des facteurs 2 et 3 niveaux Soit un mod le lin aire avec interaction par exemple le d veloppement de Taylor d une fonction plus compliqu e N N R X a Y A Pag XX tt yEy Equation 2 i l iwjel Ce polyn me compte 2N coefficients 49 aj ajj et chaque facteur n appara t qu au premier degr Le plan optimal du point de vue de l information pour d terminer les coefficients du mod le est un plan factoriel Les coefficients a aj aij sont appel s effets des param tres Xi On distingue a l effet constant a les effets principaux Ajj les effet
122. anc Par ailleurs m me si l l ment 2 est cens ne favoriser que la r duction des besoins de chauffage il peut am liorer le confort d t s il est associ aux l ments 4 et 5 connexions 39 Selon le plan choisi Th se de doctorat C FLORY CELINI 81 Universit Claude Bernard 4 7 Phase 5 Solutions bioclimatiques associ es aux facteurs importants Exemple d association des l ments aux dispositifs climatiques Cette tape permet de dresser la liste des actions potentielles applicables au b timent 0 Chaque l ment du b timent est associ un ou plusieurs dispositifs climatiques Certaines solutions bioclimatiques correspondent plusieurs l ments du b timent C est par exemple le cas de la serre qui peut concorder avec la fen tre mais galement avec le mur ext rieur De m me la ventilation nocturne est favoris e par l ouverture des fen tres ou encore un d cloisonnement des parois internes dernier cas non consid r dans l tude qui va suivre Un exemple de solutions bioclimatiques associ es aux l ments du b timent est illustr sur la figure suivante Pour ces applications l homme d tudes pourra se r f rer aux tableaux pr sent s dans la phase 2 cf Tableau 6 ELEMENTS Toiture v g talis e Toitures bassin Fen tres en toiture Sur ventilation nocturne Echangeur air sol A ration naturelle Calfeutrement Fen tres performantes a Double vitrage Serre biocli
123. and Buildings 34 549 561 2002 Denance 2004 Fen tres et portes ext rieures bois Analyse thermique Choix du bois Denance M Techniques de l ing nieur 2004 Deoux 2004 Le guide de l habitat sain D oux S et P Habitat Qualit et Sant pour b tir une sant durable Medieco Editions 2004 De Paepe et al 2003 Thermo hydraulic design of earth air heat exchangers De Paepe M Janssens A Energy and Buildings n 35 p 389 397 2003 Dereymez 2007 Le Tournesol un b timent haute efficacit nerg tique Dereymez C Projet transversal individuel de l Institut National des Sciences Appliqu es de Lyon encadr par Roux JJ 2007 Derivaz 2000 Mus e de Val re optimisation de la gestion technique centralis e Derivaz J Dipl me Haute Ecole valaisanne Sion 2000 Desombre 2005 J attends une maison Fran ois DESOMBRE Le livre de l habitat cologique Edition 2005 DGEMP 2007 La mise en ceuvre des certificats d conomies d nergie un nouvel outil pour inciter les Francais a conomiser l nergie Minist re de l conomie des Finances et de l Emploi http www industrie gouv fr energie developp econo cee sommaire htm 2007 Dorer 2001 Users Guide of COMIS 3 1 2001 Duforestel et al 1994 A model of hygroscopic buffer to simulate the indoor air humidity behaviour in transient conditions Duforestel T Weber A Proceedings of European Conference on Energy Performance
124. and Indoor Climate in buildings Lyon France 1994 Dupont 2007 DuPont MCP Mat riau Changement de Phase http fr news dupont com site contenu asp idtri 1530 amp idcontenu 55612 2007 EASE 1994 EASE Education of Architects in Solar Energy Environment Altener Project European Commission DG TREN http www cenerg ensmp fr ease index html 1994 Ekopedia 2007 Puits canadien http fr ekopedia org Puits_canadien 2007 Energie Cit s 2003 Quantification des missions de gaz effet de serre a l chelle territoriale Rapport Final Energie Cit s http www energie cites eu IMG pdf quantification_territoriale_ges pdf 2003 Energy Agency 2007 Keep Cool Sustainable summer comfort Comfort models www energyagency at publ pdf keepcool_freport pdf 2007 Enertech 2007 Am lioration thermique de l habitat existant R novation du quartier Franklin Mulhouse Soci t Enertech Pr sentation dans le cadre des Ateliers de l Agence Locale de l Energie de Lyon 2007 EnviroBat 2007 Analyse de la certification de performance nerg tique EFFINERGIE http www envirobat med net IMG pdf Analyse_certification_Effinergie pdf 2007 Equip baie 2004 Les marches de la baie Etude prospective 2005 2010 Equip baie Reed Exhibitions 2004 Ero Energies 2007 La solution H lios pour le puits canadien http www ero energies com 2007 205 EurLex 2003 Directive 2002 91 CE du Parlement euro
125. and multiple criteria analysis that bring something new and different in the methodology Keywords Bioclimatic Energy requirements Comfort Renovation Experimental planning multiple criteria analysis Optimization Ventilation Thermal mass Shading devices Air ground exchanger Thermal simulation 18 PLAN DE THESE Dans notre effort de compr hension du monde qui nous entoure les progr s les plus d cisifs ne sont pas contrairement ce que l on croit facilement les r ponses trouv es nos questions mais la formulation des questions plus pertinentes ou mieux pos es Albert Jacquard Cette phrase a t le fil directeur des recherches effectu es dans le cadre de cette th se La question de d part r sonnait comme un cho Par quel biais prendre le sujet Il tait n cessaire au pr alable de s impr gner du terme bioclimatique Ce faisant on peut vite tomber dans des approches purement architecturales Comment se raccrocher la physique des ph nom nes Cette citation a pris tout son sens quand l tude s est orient e vers l approche m thodologique La difficult tait en effet de d finir la fa on d installer les dispositifs climatiques sur les b timents anciens et de savoir ensuite comment les optimiser Quels b timents choisir Une grande partie de la premi re ann e de th se s est pass e en tentant de d finir une typologie de ces b timents anciens repr sentative du parc d
126. ans protection Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 26 calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 27 non calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 28 calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 29 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 30 calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 31 non calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 32 calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 33 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 34 calfeutr Simple vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 35 non calfeutr Double vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 36 calfeutr Double vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 37 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 38 calfeutr Simple vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 39 non calfeutr Double vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 40 calfeutr Double vitrage Sto
127. appliquant simultan ment on obtient une plus grande conomie de chauffage Qu en est il pour le confort d t 7 1 6 3 R sultats des plans d exp riences en p riode chaude Pour chacune des zones g ographiques et pour les 64 exp riences dict es par Nemrod l indice de confort d t cf 8 2 4 6 est d termin Poids des facteurs Poids des facteurs Lille Marseille Figure 47 Graphe des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour le logement collectif 134 R sultats de l application de la m thodologie PE 8 Dans le cas de coefficients positifs l indice de confort d t augmente lorsque la valeur des param tres se d place vers la borne sup rieure Relevons les l ments du b timent permettant une am lioration du confort d t A Lille le coefficient de d perditions des fen tres ainsi que l application de la ventilation nocturne Ces deux facteurs ont n anmoins un poids faible sur la r ponse tudi e A Marseille le facteur solaire des fen tres adjonction de volets la ventilation nocturne et dans une moindre mesure l am lioration de l inertie Notons par ailleurs que l am lioration de l indice de confort d t est plus cons quente que dans le cas de Lille Le niveau du facteur solaire des fen tres protections solaires en journ e en t d grade le confort d t Lille tandis qu il l am liore Marseille Ces r sultats confirmen
128. appropri es la d termination des l ments ayant un impact sur les r ponses retenues est fondamentale Les facteurs correspondent des param tres thermo physiques caract ristiques des l ments du b timent Les crit res retenus pour cette tude sont les besoins en chauffage en hiver et un indice de confort en t d termin par l approche adaptative Les solutions climatiques propos es d coulent de strat gies bioclimatiques que nous sommes attel s d crire et tudier dans le cadre d une r novation 2 2 Principes d application des strat gies bioclimatiques dans le cadre d une r novation Premier jalon de cette tude les strat gies bioclimatiques constituent son fil conducteur Au pr alable il a fallu d finir ce que sous tendait la conception bioclimatique Le premier r flexe a t de rechercher la d finition de bioclimatique dans un dictionnaire Larousse 2000 Relatif l tude de l influence des facteurs du climat sur le d veloppement des tres vivants L influence des facteurs du climat sera retenue le reste de la d finition ne se rapportent pas explicitement la construction Collard et al 1996 apporte des l ments plus pr cis en associant le mot bioclimatique I architecture et semble mieux situer la d marche si l architecture solaire se base essentiellement sur la prise en compte du soleil et son utilisation optimale active ou passive dans un s
129. arente Ventilation naturelle solution 30 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente solution 11 ou Fen tres performantes Volets Isolation transparente solution 14 ou Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle solution 27 ou encore Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie solution 59 Les combinaisons de solutions propos es par REFLEX Bio r pondent bien aux priorit s pr conis es par les plans d exp riences Un crit re m riterait d tre exploit dans cet outil c est l clairage naturel En effet l clairage fait partie des strat gies bioclimatiques Cette int gration fait partie des perspectives d volutions propos es 195 Perspectives Nombre de crit res importants Th se de doctorat C FLORY CELINI 196 Universit Claude Bernard 9 CONCLUSION GENERALE Afin de situer le contexte de cette tude le lecteur pourra se r f rer a l actualit une semaine ne passe sans que les m dias ou la communaut scientifique ne fassent r f rence aux changements climatiques et l implication de l homme dans ce processus transport nergie et b timents particuli rement Le respect de l engagement de Kyoto passe par une r duction des gaz effet de serre d un facteur 4 en France Les objectifs correspondants ont t fix s et notamment dans le secteur des b ti
130. arvenir un tat de l art des solutions et des m thodologies existantes a t r alis il est pr sent dans la deuxi me partie cf 2 Cette partie inclue les strat gies et les solutions climatiques subs quemment associ es et d autre part leur niveau de r novation L tat de l art met en exergue qu il est n cessaire de d velopper une m thodologie permettant d inclure des solutions bioclimatiques sur un b timent existant et non co teuse en temps de calcul Afin de limiter le temps de calcul et par cons quent le nombre de simulations la m thode des plans d exp riences est exploit e 3 Les bases pos es nous avons d velopp la m thodologie MEXPER 4 qui est ensuite d crite Cette m thodologie est ensuite mise en uvre 5 et appliqu e 7 sur des b timents de r f rence construits avant 1975 1 1 Contexte La consommation d nergie dans l habitat est l origine d missions importantes de gaz effet de serre et p se lourd dans le budget des m nages La r novation thermique des logements est la priorit en France Par sa taille 2 milliards de m dans le r sidentiel soit pr s de 29 3 millions de logements et par ses impacts Les b timents construits avant 1975 sont en effet tr s nergivores et peuvent repr senter un certain nombre de risques sanitaires La r duction de la consommation nerg tique est un d fi qu il est n cessaire de relever plusieurs titres Environne
131. asser les solutions par ordre d int r t Th se de doctorat C FLORY CELINI 178 Universit Claude Bernard Tableau 54 Comparaison des principales m thodes disponibles dans REFLEX Bio El ments devant tre Complexit R Famille Restrictions M thode fournis par le de mise en por ee fournies d cideur ceuvre M thodes Ind pendance fond ess r mutuelle des SA crit res A base de n poids des crit res choix 4 A un crit re x s ee Pr ordre complet demand e distances d une m trique unique de S x M thodes synth se compensatoires 2 pr ordres n poids des crit res n complets 1 pr 7 seuils d indiff rence n at ordre final M thodes ELECTRE III ape 3 seuils de pr f rence n partiel rangs fond es sur Prise en compte i seuil de veto des actions dans des relations sommaire de le pr ordre final de sur l incertitude P classement n poids des crit res n fonctions de pr f rence 2 pt ordres PROMETHEE P complet et demandant 1 ou 2 param tres partiel Les m thodes d aide la d cision s lectionn es les autres param tres de REFLEX Bio sont maintenant d velopp s notamment les solutions et crit res retenus 8 2 3 Pr sentation de l outil d aide la d cision REFLEX Bio Le nouvel outil REFLEX Bio diff re de l outil REFLEX par les options tudi es mais galement par les crit res retenus cf Tableau 55 En revanche les
132. at gie favorisant la ventilation naturelle durant cette p riode Une communication r alis e dans le cadre de Cisbat 2007 Flory Celini et al 2007 a consist comparer diff rentes strat gies de ventilation sur l am lioration du confort d t la ventilation nocturne la ventilation par le sous sol ou encore l changeur air sol commun ment appel puits canadien ou proven al La ventilation nocturne et celle par le sous sol ont t mod lis es en utilisant TRNFLOW L int gration du puits canadien a t r alis e par le biais de l interface PuiCana d velopp e au CETHIL qui simplifie l utilisation du Type 460 de Hollmuller Hollmuller 2002 1 Les caract ristiques du puits canadiens obtenues par optimisation dans Puicana bas sur les r gles du pouce sont d crites sur la Figure 81 71 Ces solutions sont pr sent es en annexe 161 R sultats de l application de la m thodologie yas d enrobage Argile Argilo limoneux Limons Sablo limoneux Sable distance exterieur du tuyauxjgauche de lenrobage Figure 81 Caract ristiques du puits canadien retenu Pour Marseille les r sultats suivants sont obtenus Fr quence 20 22 24 26 B 30 Non eno Sunentilation ous sol Puits canadien Figure 82 Fr quence des temp ratures Marseille pour un b timent non isol Th se de doctorat C FLORY CELINI 162 Universit Claude Bernard Dans le cadre de cett
133. atiques appliquer n importe quel b timent r sidentiel existant Comment tester les solutions bioclimatiques sur un b timent existant en limitant le nombre de simulations Des applications math matiques sont galement valoris es notamment celles de F rbringer 2006 2 et Filfi 2006 elles permettent ainsi de d passer l approche de sensibilit classique gourmande en temps de calcul mais aussi d optimiser le dimensionnement de certaines technologies Wetter 2004 telles que la serre les mat riaux d isolation transparents ou encore le mur capteur accumulateur L approche de F rbringer 2006 est focalis e sur la ventilation Celle de Filfi 2006 qui s int resse la minimisation des consommations dues la climatisation dans le secteur tertiaire consiste a mettre au point une m thodologie permettant d approcher sans simulation les 11 Offrant par ailleurs la possibilit d int grer des ph nom nes sp cifiques tels que la ventilation naturelle 12 Fiirbringer 2006 M thodologie des plans d exp riences Notes de cours Fiirbringer JM EPFL Institut de Technique du Batiment Laboratoire d nergie solaire et de physique du batiment 2006 13 Cette th se se focalise sur les b timents tertiaires pour lesquels une typologie existe D autre part elle se limite aux consommations en refroidissement et des consid rations conomiques 38 consommations totales d un batiment neuf et la comparaison d
134. ats surprenants taient obtenus ainsi sur une maison individuelle situ e Marseille on trouvait qu en juillet il valait mieux appliquer la ventilation nocturne seule qu associer la ventilation nocturne l adjonction de mat riaux changement de phase dans les cloisons l g res les MCP tant cens s d phaser la restitution de chaleur et la ventilation nocturne les d charger En se replongeant dans la litt rature il s est av r que l indice de Fanger ne correspondait pas des strat gies de ventilation naturelle son domaine de validit se restreignant entre autre des vitesses inf rieures 0 2m s Dans sa th se de doctorat Moujalled 2007 confirme les r sultats obtenus soulignant l incapacit de l indice 33 Cette approche a t utilis e dans le cadre d une communication pr sent e Cisbat 2007 Flory Celini et al 2007 qui consistait comparer des strat gies de ventilation naturelle sur une maison individuelle 76 x PMV de repr senter le confort thermique dans les b timents a ventilation naturelle pr cisant que le PMV surestime sur les b timents tudi s dans le cadre de cette tude la sensation de chaleur en t et l a sous estime en hiver Energy Agency 2007 pr cise par ailleurs qu il est n cessaire de bien tenir compte m me pour le cas de syst mes actifs du domaine de validit de l approche de Fanger indiqu dans la norme ISO 773054 Pour des b timents ventil s nat
135. au 32 On consid re une v ture de 0 5 clo en t v tement l ger d t et de 1 clo en hiver TRNSYS 2004 Un PMV global pour la maison est obtenu Pour chaque solution de r novation le gain de confort thermique est ensuite d termin par le calcul d un indice L indice de confort nerg tique pour une solution de r novation est une note comprise entre 0 et 100 qui traduit la propension du b timent offrir une ambiance proche d une ambiance de confort tout au long de l ann e L algorithme fonctionne en quatre tapes Premi re tape Calculs des plages de confort d hiver La proc dure calcule 4 plages de confort A B C et D centr es autour d une zone de confort Les plages de confort sont construites de la mani re suivante PMV ing 3 2 1 1 2 3 PMV sup Figure 92 D finition des plages de variation de l indice de confort d hiver 182 Deuxi me tape La proc dure calcule la fr quence d occurrence des diff rentes plages de confort de la m me mani re que pour l indice de confort cf 8 4 5 2 2 La proc dure ne tient compte que des heures o le b timent est occup en effet la notion de confort n a de sens qu en pr sence d occupants A partir des estimations du PMV heure par heure calcul es par TRNSYS la proc dure calcule le nombre d heures pass es dans l ann e dans les plages de confort A B C et D Ces fr quences d occurrence sont not es 1 4 di 8 et J D
136. aux fa ades opaques de l auteur Strat gies El ments Actions Dispositifs Murs Cr er des ouvertures Bouches d a ration Augmenter le nombre ou la Fen tres Fen tres surface des fen tres Installer des fen tres Fen tres Balcon vitr Espace capteur Installer un vitr suppl mentaire espace Galerie vitr e Serre Capteur air Installation d un mur capteur accumulateur Am liorer la captation de des murs ou du sol Murs ja R flecteurs l nergie par les murs Modifier les mat riaux de Cloisons interzones construction rev tement Masse Cloison l g re Rajouter un volume de stockage int gr ou s par Mat riaux changement de phase Fa ades ext rieures Am liorer les performances thermiques des murs et des toitures Isolant des parois v g talisation Ajouter une nouvelle enveloppe Mat riaux d isolation transparents Fissures pr sentes sur les fa ades Calfeutrer tanch ifier l enveloppe Fen tres Diminuer la surface des apports solaires Fen tres plus petites Fa ades ext rieures Diminuer les apports solaires Dispositifs d ombrage fixes ou mobiles Fa ades opaques Int grer un espace vitr suppl mentaire Favoriser la distribution naturelle et le couplage direct entre les espaces capteurs et les espaces chauffer Galerie vitr e Mur trombe Favoriser
137. batiment existant La premi re phase consiste tablir une saisie des donn es du b timent r nover afin de d terminer ses performances thermiques Pour ce faire l homme d tudes devra compl ter les tudes concernant la grammaire architecturale ainsi que la caract risation des mat riaux par l identification de la zone g ographique la prise en compte des effets de microclimat et notamment des donn es topographiques l analyse de l environnement du b timent vents dominants notamment et r cup rer le m tr s il en a la possibilit Une information sur les habitudes des habitants pourra galement renseigner les hypoth ses comportementales int grer au mod le de b timent La caract risation de cette grammaire ou la relation entre les diff rentes pi ces et les mat riaux les constituants pourra s appuyer sur des ouvrages d peignant la typologie des b timents existants qui sont essentiellement architecturaux tels que Joffroy 1999 et Grauli re 2005 contenant des donn es plut t qualitatives cf 5 2 Choix des logements de r f rence Cette analyse pourra tre compl t e par les caract ristiques thermo physiques du b timent r nover tir es du cahier technique du CSTB Cstb 1980 Par ailleurs en termes de technique de construction un ouvrage FFB et al 2004 recense les principes constructifs mis en uvre dans des b timents anciens Mas proven al Maison Alsacienne Figure 15
138. bjectif de r duire les besoins nerg tiques Th se de doctorat C FLORY CELINI 43 Universit Claude Bernard d am liorer le confort et la qualit de lair int rieur tout en veillant rester dans un intervalle conomiquement acceptable Ainsi face ces strat gies pour lesquelles le challenge relever consiste trouver un consensus entre des principes qui peuvent sembler contradictoires capter et se prot ger du soleil des dispositifs permettant de les respecter sont examin s en annexe La difficult a r sid dans l valuation des techniques qui sont applicables en terme de r habilitation nerg tique des b timents N anmoins parmi toutes les techniques applicables dans le neuf une liste pr sentant les possibilit s d int gration des dispositifs aux difices existants est pr sent e cf 2 3 et 4 7 Le but est d exploiter au maximum les variations d volution de la temp rature ext rieure en jouant sur le d phasage entre celle ci et la temp rature int rieure cette derni re devant tre liss e le plus possible en p riode d occupation Cela est possible par une inertie adapt e une isolation pertinente et une gestion optimale de la ventilation et des apports solaires Par ailleurs avant toute construction ou r novation une analyse fine du site sera n cessaire ensoleillement tude des vents masques proches et lointains pr sence de surfaces aquatiques etc Toutes ces strat gies sont d clin
139. ble sur le march impose une certaine paisseur de 5mm pour chacune des 2 faces de la cloison d j optimis e Kuznik et al 2006 Les caract ristiques sont r sum es dans la figure suivante THERMAL MASS PANEL Descriptive Properties Unit Value Thickness mm 5 2 Width mm 1198 Length mm 1198 Area weight kg m2 45 Aluminium thickness sheet pm 100 Aluminium thickness edges um 75 Thermal properties Test Method Paraffin loading Comparative test by DSC 60 Melt point paraffin DSC method 1 C min c 217 Latent heat storage capacity DSC method 1 C min kJ kg gt 70 Total heat storage capacity Temperature range 14 C to 30 C DSC method 1 C min kJ kg gt 170 Physical properties Aluminium sheet delamination torce Internal DuPont test method Nicm gt 20 Conductivity solid BS EN 12667 2001 Wilm K 0 18 Conductivity liquid BS EN 12667 2001 Wiim K 0 14 Hash Point parattin PRODUCT DESCRIPTION ASIM D56 C 148 The panel is a fine mixture of ethylene based polymer 40 designed by DuPont and paraffin wax 60 laminated on both sides with a 100 pm aluminium sheet Ihe edges are closed with a 75 um aluminium tape REACTION TO FIRE Single flame source test EN 11925 2 Class E Surface spread of flame test BS 476 7 Class 1 DURABILITY Predicted to be durable for the life time of a building Chemically inert with most materials ALUMINIUM TAPE Descripti
140. cette fois ci avec le tirage thermique utilis pour la ventilation naturelle pouvant permettre par des sur ventilations nocturnes une diminution de la temp rature int rieure Tout syst me permettant d exploiter la chaleur latente et en particulier celle de l eau peut galement tre utilis e pour rafra chir les locaux vapotranspiration toitures v g talis es Le lien entre les strat gies de refroidissement passif et les ph nom nes thermiques correspondants est rappel dans le Tableau 5 La temp rature d un b timent d pend de facteurs li s l architecture et aux conditions d occupation du b ti Les param tres agissant sur l augmentation de la temp rature d un b timent en t sont d termin s afin de pouvoir se pr munir de ces chaleurs ind sirables en terme de confort thermique la temp rature moyenne ext rieure qui d pend du site donn es climatologiques les apports internes et solaires la variation diurne de la temp rature inertie du b timent Tableau 5 Principes de conception bioclimatique pour les p riodes chaudes Figures de European Commission 1997 de l auteur Principes diurnes Principes nocturnes S opposer aux gains de chaleur Favoriser les pertes de chaleur Se prot ger du soleil Ventilation naturelle Conduction Limiter les transferts de chaleur par conduction D phaser les variations p riodiques de Convection Favoriser la ventilati
141. cette fois ci diff rents Lille et Marseille Pour chacune des zones g ographiques deux facteurs ont des effets principaux n gatifs sur la r ponse Indice de confort d t linertie Lille adjonction de mat riaux changement de phase diminue l indice de confort et les gains solaires Marseille les fen tres sans protection solaire d gradent l indice de confort Dans les deux zones g ographiques pour augmenter le confort d t il vaut mieux isoler la toiture limiter les ponts thermiques coefficient b8 et ne pas appliquer la ventilation nocturne coefficient b4 Il est important de noter pour l analyse de ce dernier coefficient b4 que les r sultats sont fortement d pendants du choix des hypoth ses de d part qui consistent consid rer une ouverture des fen tres la nuit non assujettie la diff rence de temp rature entre l int rieur et l ext rieur du b timent A Lille installer des fen tres performantes coefficient b1 isoler le plancher coefficient b5 et les murs par l ext rieur coefficient b3 et b8 ne pas augmenter l inertie coefficient b6 ni installer de stores coefficient b2 A Marseille installer des stores isoler la toiture et augmenter l inertie et ne pas a priori installer des fen tres performantes ni isoler le plancher et les murs Th se de doctorat C FLORY CELINI 156 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie Des effets d inter
142. chauffage diminuent lorsque la valeur des param tres se d place vers la borne sup rieure Les facteurs ayant des effets importants sont retenus pour les pr conisations de r novation en hiver Des effets similaires sont relev s Lille et Marseille Deux facteurs principaux dominent dans les deux villes de fa on tr s nette Le coefficient de d perditions des fen tres et celui des murs par l installation de mat riaux d isolation transparents avec une pr pond rance du coefficient de d perditions des fen tres Ils r duisent les besoins en chauffage de fa on cons quente Pour Marseille l interaction entre ces deux facteurs est tudi e Al Type de fen tres p Pasoine Merson Type de fen tres Double vitrage M574 Went K 1 50 w re k 2 0 w rr K 0 6 Were ABesoins_Marseille U_mur E 20W ne K E 06 Wine Simple vitrage 1 Le l Type de fen tres Simple vitrage Double vitrage c d Figure 46 Etude des effets d interaction X2 X4 sur la r ponse Besoins en chauffage du logement collectif de 1900 Marseille L analyse de l association des diff rents l ments se d cline sous forme de diagrammes On trouve Le diagramme classique des interactions gauche c les niveaux haut et bas sont indiqu s pour chacun des facteurs La r ponse besoins en chauffage ou indice de confort d t correspond aux valeurs de l axe des abscisses et des ordonn es La repr sentation sous forme de diagr
143. chauffage donn e afin de comparer des b timents situ s dans diff rentes zones climatiques Le nombre de degr s jour unifi correspond au produit du nombre de jours chauff s par la diff rence entre la temp rature int rieure moyenne du local consid r 18 C et la temp rature ext rieure moyenne limite pour le d but et la fin du chauffage 15 C Par d finition les DJU sont plus importants pour les zones froides Regardons ce qu il en est pour les consommations r gionales des batiments dont nous disposons Consommation en kWh m 230 lt Auvergne N NO Ww in a oO oa 4 PACA DJU 1350 1550 1750 1950 2150 2350 2550 2750 Figure 22 Corr lation entre la consommation nerg tique r gionale et les DJU de l auteur La Figure 22 montre que la consommation et les degr s jour unifi s ne sont pas fortement corr l s Ces donn es sont donc inexploitables directement L analyse effectu e met en exergue le fait qu il n est pas possible de caract riser la v tust d un b timent par l tude des consommations qui d pendent de param tres fondamentaux non fournis tels que les aspects comportementaux l orientation des b timents ou encore le climat Ceci peut s expliquer par la structure des b timents l orientation de ces derniers et le comportement des habitants Il nous est donc difficile aux vues des donn es disponibles de faire ressortir l importance de chacun de ces param tres
144. chauffage sont pr s de deux fois plus importants Lille qu Marseille Par rapport aux statistiques nationales Ceren 2004 qui analysent les consommations ils sont moins lev s Ceci peut s expliquer par la diff rence fondamentale entre besoin et consommation d une part mais aussi par le fait que l appartement tudi se situe au niveau d un tage courant et pr sente une mitoyennet avec deux immeubles adjacents En terme de refroidissement les besoins sont tr s faibles Lille tandis qu a Marseille ils sont sup rieurs aux besoins en chauffage L indice de confort d t qui indique la propension d une zone tre confortable dans un b timent ventil naturellement varie selon le mois tudi et la zone g ographique consid r e Globalement pour un mois fix l indice est du m me ordre de grandeur selon les zones thermiques retenues A Lille l indice le plus lev et par cons quent l ambiance la plus confortable est relev en juillet tandis qu Marseille c est en mai L indice est fortement d grad en septembre Lille et en juillet Marseille Pour la zone orient e Ouest les temp ratures pour les journ es les plus chaudes Lille et Marseille sont indiqu es sur la Figure 42 Selon la zone g ographique consid r e les zones d inconfort sont dues soient des temp ratures basses cas de Lille cf Figure 42 a soit des temp ratures hautes cas de Marseille cf Figure 42 b
145. ci maman pour tout ce que tu as fait et continue de faire pour nous et pour ce mod le que tu nous donnes de Fenm Flanm doubout comme toutes les femmes de la famille Merci d avoir pris soin de Dally au cours des nombreux d placements Merci toi aussi Dally qui malgr ton jeune ge a su comprendre l importance de ces tapes dans nos vies Reprendre les tudes apr s cinq ann es d activit s professionnelles fut un d fi a relever stimul par une ducation mais aussi par des rencontres qui marquent une vie comme feu Camille TALKEU ou encore Joseph KENFACK qui ont su r veill le d sir de repartir sur les chemins de l cole Merci a Krystel et Michael COPPET et Madyna LUCE pour toutes ces phrases encourageantes et toute cette aventure partag e au quotidien Merci Leyla David et Yari THOMAS pour les conseils amicaux et professionnels L envie de sp cialisation dans l architecture bioclimatique a t stimul e par une structure Hespul et notamment Maguite CHICHEREAU DINGUIRARD et Marc JELIDZKA qui a su rendre titre anecdotique son logement ancien compl tement autonome mais aussi par de longues diatribes avec un ami Cesar MUGERIN Merci a toi Jean Yves Merci jumelle Keran pour ton soutien et conseils pour Dally Merci a Fabrice LAUL si plein d nergie trop vite parti Je remercie galement toute l quipe du CETHIL et de EDF R amp D l avantage du Laboratoire commun tant d avoir
146. cloisonner pour favoriser la circulation de l air Sous sol Pr chauffage ou Puits canadien refroidissement de l air par le sol Cave Plancher fa ades opaques et fen tre Favoriser le tirage thermique Chemin e solaire Sol B n ficier de l inertie du sol Puits canadien Sol B n ficier de l inertie du sol Lit de pierres Plancher fa ades Tour vent opaques et fen tre Chemin e solaire Conduit r fl chissant Favoriser la circulation de l air par tirage thermique dans le puits de lumi re Puits de lumi re Tableau 13 Association des strat gies et dispositifs climatiques aux l ments ext rieurs de l auteur Strat gies El ments La v g tation peut modifier la circulation du vent autour du b timent Echangeur air sol Puits canadien cave Installation de r flecteurs sur le sol Plans d eau Installation de lits de pierre dans le sol V g tation Masques avoisinants R flecteur 29 Cette strat gie est tributaire de la zone g ographique de la morphologie du b timent mais galement de son environnement elle n est pas souhaitable par exemple dans un environnement bruyant Th se de doctorat C FLORY CELINI 73 Universit Claude Bernard 4 5 Phase 3 R alisation des plans d exp riences sur le batiment existant Les facteurs et leurs niveaux ayant t d finis s
147. cm de laine min rale Murs R 4 3 m2 K W environ 15 cm de laine min rale Menuiseries Uw 1 1 W m K Bois avec ch ssis non renforc Triple vitrage peu missif avec argon SLL LL A Plancher bas R 4 3 m2 K W environ 15 cm de laine min rale CLLL LL LL LLC LL LL LL LLL LLL LLL ELANLLLLLLILTLLLLLLI Chaudi re gaz condensation Chaudi re fioul haut rendement Figure 6 Sc nario dit de la Solution Universelle Enertech 2007 Cette m thode s apparente l approche Isolation Quelle approche utiliser quand l on souhaite int grer des solutions climatiques D autres explorations int grent des param tres dits passifs ou encore bioclimatiques notamment Collard et al 1996 qui ont r alis un guide d aide la r novation bioclimatique IEA 2000 qui analyse trois syst mes solaires dans le cadre d une r novation en comparant leurs performances dans diff rents pays les collecteurs solaires les balcons vitr s et l isolation transparente Courgey et al 2006 proposent un ouvrage qui expose les grands principes du contr le nerg tique partir des l ments du b ti L avantage de cet ouvrage est de pr senter un panel assez cons quent de solutions bioclimatiques les murs capteurs accumulateurs les serres bioclimatiques les capteurs air les puits canadiens et de dicter des sp cificit s li es la r novation Un programme sp cifique a galement t d
148. croi F sroi Dori F Dooi F Prong T P rains int ernes i Equation 17 Pour une paroi ext rieure l quation des changes radiatifs s crit comme suit DcLoc O0 Eso Ge re S55 Equation 18 Avec les gains radiatifs du n ud de temp rature de surface du mur les gains radiatifs internes de la zone re us par le mur sol i les gains solaires a travers les fen tres re us par le mur le flux grande longueur d ondes chang entre le mur et les autres murs et fen tres gains int ernes i si l utilisateur sp cifie un flux de chaleur la surface du mur ou de la fen tre et S le rayonnement solaire absorb par la surface Concernant les changes radiatifs CLO les flux solaires sont calcul s l int rieur d un processeur solaire Type 16 partir des donn es m t orologiques hauteur et azimut du soleil densit de flux direct et diffus re us sur un plan horizontal qui constituent des entr es du Type 16 6 6 L inertie dans TRNSYS Il est souvent reproch 4 TRNSYS de causer des erreurs dans le traitement des parois paisses parois r currentes dans les b timents anciens Nous avons cherch une astuce pour r gler de mani re artificielle un probl me num rique L objectif de notre tude est l analyse de la prise en compte des parois de forte paisseur sous TRNSYS par la comparaison de deux b timents mono zones de trois m tres de hauteur pour une m t
149. d cision REFLEX Bio R nover Efficacement des Logements Existants par des solutions Bioclimatiques Au pr alable le contexte et les objectifs sont rappel s 20 1 INTRODUCTION GENERALE L am lioration de l efficacit nerg tique des b timents existants s impose comme une n cessit le contexte en rappelle les tenants et les aboutissants 1 1 Les enjeux 1 2 ainsi que les objectifs atteindre au niveau de cette tude sont ainsi mentionn s 1 3 L nergie la moins ch re tant celle qui n est pas consomm e cette tude se focalise sur les solutions bioclimatiques L homme d tudes souhaitant proposer des solutions bioclimatiques de r novation sur un b timent est amen aujourd hui soit r aliser un grand nombre de simulations soit proposer des solutions d coulant de son exp rience de fa on intuitive soit tester une solution au hasard parmi un catalogue de solutions soit encore ne rien faire Si toutes les solutions taient tester on aboutirait une explosion combinatoire du nombre de simulations Ainsi pour N facteurs tudier le nombre de simulations r aliser est de 2N Par ailleurs l interpr tation des r sultats n est pas toujours ais e Les outils syst matiques d exploration de toutes les solutions sont rares La probl matique est comment viter cette explosion combinatoire et obtenir une analyse pertinente quand on veut tester plusieurs solutions Pour y p
150. d velopp par le CSTB Th se de doctorat C FLORY CELINI 75 Universit Claude Bernard fr quentes sur les b timents anciens mais galement d autres consid rations comme les apports solaires et internes Plusieurs mod les existent pour se repr senter et mod liser les ph nom nes thermiques mis en jeu dans le bilan du b timent Ils int grent g n ralement la combinaison des trois modes de transfert thermique la conduction travers les parois pleines ou opaques la convection dans l air et le rayonnement en particulier travers les surfaces vitr es Pour ce faire le mod le retenu devrait int grer afin de diagnostiquer au mieux les b timents tudi s les caract ristiques thermo physiques des l ments de l enveloppe le traitement des ponts thermiques la gestion des apports solaires et internes l tanch it du b timent les ph nom nes de ventilation naturelle Il doit tre capable de quantifier l avance les impacts des solutions de r novation propos es sur les besoins de chauffage mais galement sur le confort d t C est l l int r t de la simulation thermique dynamique La simulation thermique dynamique simule au pas de temps horaire le m tabolisme du b timent en fonction de la composition de ces parois de la m t o de l occupation des locaux Par ce biais l homme d tudes peut acc der entre autre aux besoins de chauffage climatisation et aux temp ratures heure par heure da
151. de la m thodologie MEXPER 4 6 Phase 4 Organigramme d cisionnel A l issue de la r alisation des plans d exp riences les facteurs pr pond rants sont d termin s L organigramme d cisionnel doit pouvoir int grer de fa on synth tique et sch matique les principaux r sultats de l analyse des plans d exp riences cf Figure 19 Ces plans permettent d analyser les effets principaux l ments du b timent et galement les effets d interaction Les effets principaux donnent les priorit s d interventions Elles devraient tre indiqu es pour chaque indicateur et class es en fonction de leur importance dans nos applications nous avons choisi de les classer par ordre d croissant 1 repr sentant l intervention prioritaire Les effets d interaction peuvent tre pr sent s par des connexions entre les facteurs La clart de cet organigramme est essentielle pour d tecter les couplages importants entre facteurs afin de d gager les solutions bioclimatiques correspondantes G ELEMENT 1 2 ELEMENT 2 3 ELEMENT 3 Figure 19 Exemple d organigramme d cisionnel La figure indique que l l ment 1 est r nover en priorit suivi des l ments 2 et 3 pour favoriser la r duction des besoins de chauffage en bleu et 4 et 5 pour am liorer le confort d t en jaune En outre l l ment 1 r pond la fois la r duction des besoins de chauffage et l am lioration du confort d t bl
152. dentiel et plusieurs titres au niveau de l intermittence les b timents tertiaires sont pour la plupart occup s en journ e tandis que pour les b timents r sidentiels le taux d occupation est g n ralement plus important en soir e Quand le b timent est occup en journ e les gains directs sont recherch s tandis qu un d phasage dans la restitution de la chaleur peut tre b n fique pour les b timents occup s en soir e de l architecture les typologies diff rent notamment la surface d occupation qui est plus grande dans le secteur tertiaire des besoins nerg tiques le nombre d occupants ainsi que l nergie d gag e par les ordinateurs ou encore l clairage par exemple font que les apports internes peuvent tre plus cons quents dans le secteur tertiaire ou encore des besoins en confort En outre un outil a t d velopp par Gratia et al 2001 qui permet aux architectes de tenir compte de l impact des choix de conception dans la construction d un b timent r sidentiel pour le climat Belge Notons que dans le cadre de la tache 37 l Agence Internationale de l nergie AIE 2008 d veloppe les principes de base d une r novation nerg tique durable des logements et ce tant au niveau de la conception que de la r alisation avec comme objectif d laborer puis de r aliser le guide la r novation nerg tique durable des logements Par ailleurs parall lement ce travail de th se EDF R am
153. des b timents anciens et c est ce qu initie la nouvelle r glementation thermique RT 2005 qui pour la premi re fois donne des pr conisations pour l habitat existant Malgr une volution certaine la nouvelle r glementation RT 2005 se limite au b timent de plus de 1000m faisant l objet de travaux de r habilitation importants Le d cret pr voit une mise en application de cette obligation le 1er avril 2008 Pour les b timents inf rieurs 1000 m la r glementation est appliquer l ment par l ment des exigences de performances minimales sont impos es lors du remplacement de composants de l enveloppe fen tres isolation thermique ou d quipements nerg tiques depuis le 1er novembre 2007 Son objectif est de faire dispara tre du march les produits de construction ou quipements techniques obsol tes en terme de performances nerg tiques afin de privil gier la diffusion la plus large possible dans le parc existant des meilleurs produits disponibles et d impulser une r novation dans les b timents de grande taille Ceci tant on peut souligner quelques limites de cette r glementation la nature des mat riaux a utiliser n est pas pr cis e et il n y a pas de pr conisations sur les techniques de construction et de r novation privil gier 24 Un autre dispositif juridique a t d velopp pour les batiments existants le diagnostic de performance nerg tique DPE Minist re du logemen
154. dison 2004 Varet et Billard 2007 Varet G Billard M et Kuznik F Travaux sur l optimisation du dimensionnement de puits canadien PuiCana Projet d Initiation la Recherche et D veloppement 2007 Verre 2005 Univers du verre www verre biz 2005 Virgone 2006 Rapport interm diaire du projet PREBAT IMCPBAT J Virgone Centre thermique de Lyon D cembre 2006 Vitte 2007 Le froid solaire par dessication appliqu au batiment Proposition d une strat gie de r gulation du syst me Vitte T Th se de doctorat de l Institut National des Sciences Appliqu es de Lyon 2007 Wetter 2004 GenOpt R Generic Optimization Program User Manual Version 2 0 0 Wetter M Simulation Research Group Building Technologies Department Environmental Energy Technologies Division Lawrence Berkeley National Laboratory Berkeley CA 94720 http SimulationResearch lbl gov 2004 Wikipedia 2007 Illustration de Hunderwasser http de wikipedia org wiki Bild Magdeburg_Hundertwasserhaus jpg 2007 Woloszyn 1999 Mod lisation hygro thermo a raulique des b timents multizones Proposition d une strat gie de r solution du syst me coupl Woloszyn M Th se de doctorat de l Institut National des Sciences Appliqu es de Lyon 1999 Wouters et al 1995 Les fen tres sous l angle de la physique du b timent Evolution et tendances Wouters P Martin S Vandaele L Article de la publication du Centre Scientifique et Techni
155. doit y avoir d ici 2020 une r duction de 20 des missions des GES 30 si d autres pays s engagent une am lioration de 20 d efficacit nerg tique et 20 de la consommation d nergie doit tre couverte par les nergies renouvelables Ce qui se traduit par la feuille de route dans l habitat ancien par rapport 2007 de 12 de r duction des consommations en 2012 et de 38 en 2020 en 2007 la consommation moyenne d nergie est de 240 kWh m an en 2012 elle devra passer 210 12 en 2020 150 38 en 2050 entre 50 et 70 au niveau de l tiquette B du DPE Courgey et al 2006 notent que pour atteindre le facteur 4 d ici 2050 il faut d ores et d j tout construire et tout r habiliter en basse nergie et ils s interrogent sur l inad quation entre la r glementation et autre plan climat et les d fis environnementaux tenir Si une r glementation impose des niveaux minimum elle n emp che nullement les acteurs quels qu ils soient et c est ce que propose le Grenelle de faire mieux et de prendre des initiatives Les auteurs proposent un comparatif entre les exigences r glementaires et les r f rentiels existants repris dans le tableau suivant Tableau 3 Objectifs atteindre pour les b timents ant rieurs 1975 U en W m2 K Courgey et al 2006 Type de parois RT 2000 RT 2005 Basse Energie Tr s basse nergie Murs en contact avec l ext rieur 0 47 04
156. donn es dans le tableau suivant Tableau 20 Caract ristiques du vitrage TRNSYS 2004 Description Dimensions mm U W m2 K g Tsol Tvis Simple vitrage 2 5 5 74 0 87 0 85 0 901 Double vitrage argon 5 7 12 7 5 7 1 42 0 708 0 596 0 786 52 Dans TRNFLOW les coefficients de fen tres avec bande de calfeutrement sont renseign s 53 cf Annexe A1 Les fen tres 105 Concernant le puits canadien les r gles du pouce propos es par Holmuller 2000 sont utilis es et pr sent es en annexe La ventilation naturelle Pour les fissures la loi en d bit est de la forme Cs AP comme indiqu dans la partie traitant du vent et de la ventilation naturelle en annexe Pour le coefficient de d charge entre les fen tres et l ext rieur le calcul interne TRNFLOW est retenu Les fen tres existantes sont suppos es quip es d anciennes bandes de calfeutrement Le coefficient d infiltration d air par m tre de profil et par Pa vaut Cs 2 104 kg s m Pa et le coefficient de d bit d air n 0 6 pour une fen tre avec ancienne bande de calfeutrement Une strat gie d ouverture est d finie pour chaque p riode pour les fen tres donnant sur l ext rieur 10 min par jour durant la saison froide Ademe 2005 de 7h 7h05min et de 18h 18h05min Pour la p riode chaude deux strat gies d ouverture des fen tres sont consid r es un cas d favorab
157. e Toiture isol e Ventilation nocturne Volets eje Description de l algorithme Les diff rentes solutions sont class es sur une chelle selon l appr ciation qualitative de leur qualit environnementale cf Tableau 56 Ce crit re pourra tre amen voluer quand des fiches environnementales des mat riaux seront disponibles A ce stade de la recherche il est juste possible de dresser une chelle subjective Pour une combinaison de solutions nous avons consid r la somme des solutions 8 2 4 3 R duction des besoins en chauffage en hiver L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution de r novation la r duction de besoins nerg tiques qu elle induit Description de l algorithme A chaque solution de r novation est associ un calcul de besoins nerg tiques estim s par TRNSYS Dans une perspective d volution de l outil si la strat gie d clairage naturel est int gr e il faudrait tenir compte des conomies d clairage 76 Donn es disponibles dans la litt rature se rapportant aux solutions cf Annexes 181 artificiel engendr es Une note est ensuite attribu e en fonction du pourcentage de r duction par rapport au b timent non r nov obtenu Tableau 57 Notes attribu es en fonction des besoins de chauffage calcul s Besoins calcul s par rapport au b timent non r nov Note attribu e lt 80 9 Entre 8
158. e les plans factoriels satur s ou de Rechtschaffner Les plans de Hadamard sont utilis s en premi re approche pour l tude de la maison individuelle construite apr s guerre et pour l analyse des priorit s de r novation des appartements du logement du XIX me Les plans de Rechtschaffner pour l tude des effets d interaction des facteurs de la maison individuelle Les plans fractionnaires complets sont exploit s pour l tude de tous les effets d interaction sur le logement collectif Ainsi les finalit s de ces trois types de plans seront compar es entre elles d une part d autre part l homme d tudes peut ainsi jauger les diff rents niveaux d utilisation de ces plans d exp riences notamment la rapidit des plans de Hadamard mais la meilleure pr cision et l interpr tation plus ais e des plans de Rechtschaffner et plans fractionnaires complets L approche choisie pour notre tude est une approche par l ment Elle consiste a analyser les dispositifs climatiques pouvant s int grer sur chaque l ment constitu de la fen tre la toiture les fa ades la ventilation le sol Pour chacun des l ments les param tres les d finissant seront cit s ainsi que leur plage de variation Les param tres thermo physiques choisis correspondent ceux renseign s dans TRNBUILD descriptif du b timent sous le logiciel de simulation thermique dynamique TRNSYS TRNSYS 2004 5 4 2 Choix de TRNSYS Les comparatifs de logiciels
159. e Simulation 70 R_glazing feasible iterate Simulation 71 Results Simulation 71 Debit Simulation 71 L_serre Simulation 71 R_glazing feasible iterate Perform local search feasible iterate feasible iterate Ipdate Parameter Result overview Legend Results L_serre OPTVAL1 Debit R_glazing 43600 100 3 5 1 5 100 5 43284 11904258 92 3125 3 0 1 0 43400 50 3 25 1 25 50 1 0 43291 62297385 92 25 3 03125 1 0 43297 55957907 Hil Iteration step did not reduce cost 0 100 200 432000 3 1 0 3 result number UE WLLL gt Figure 83 Optimisation par GenOpt de la serre sur la maison individuelle a Lille pour une valeur initiale de param tres Fonction co t 4335 49900 eee ee a 43250 JE 43200 ge ae ee 43150 a lille ltcealielonlilioalt iets eed lied Debit 10 Longueur 2 3 R sistance 0 5 431 4305 430 4295 429 4285 Debit 100 Longueur 2 R sistance 0 5 pDebit 100 Longueur 2 R sistance 0 6 XDebit 92 Longueur 3 R sistance 1 Figure 84 Optimisation de la serre sur la maison individuelle Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI 164 Universit Claude Bernard La solution retenue est celle qui minimise la fonction co t d bit de 10 kg h longueur de 2 3 m et une r sistance de vitrage de 0 5 m2 K W 7 2 7 2
160. e m thodologique Les diff rentes tapes de la m thodologie sont d clin es dans la partie suivante sur deux b timents de r f rence dont la p riode de construction est justifi e au pr alable 86 9 MISE EN UVRE DE LA METHODOLOGIE Ce chapitre consacre la mise en oeuvre de la m thodologie sur des b timents existants L introduction dresse les cueils rencontr s lors de la caract risation du parc de logements existants en France Ceci tant deux b timents de r f rence ant rieurs 1975 sont s lectionn s dans des p riodes de construction significatives une maison individuelle repr sentative du parc de logements fran ais ainsi que d un logement social collectif Les diff rentes tapes de la m thodologie sont r alisables par l utilisation d outils sp cifiques Pour les plans d exp riences la simulation thermique dynamique ainsi que l optimisation plusieurs outils sont disponibles Nous avons dress quelques exigences dans le chapitre pr c dent qui justifient le choix des outils pr sent s dans les lignes qui suivent 5 1 Introduction Une grande partie du travail de th se a t consacr e la caract risation des mat riaux utilis s dans le logement ancien En effet de fa on donner des pr conisations ad quates il est important d effectuer un diagnostic correct Ainsi traditionnellement les mat riaux de construction taient recherch s dans la nature proximit du lieu de
161. e Hadamard n cessite N 1 exp riences Les matrices de Hadamard sont compos es comme les matrices factorielles de 1 et 1 Ces matrices de Hadamard permettent un tri efficace d un grand nombre de facteurs et vitent un tri sentimental bas sur des a priori Elles constituent une classe de matrices d exp riences orthogonales d di es au criblage de facteurs deux niveaux Elles n existent que pour N nombre d exp riences 2 et des valeurs de N multiple de 4 N est appel nombre d Hadamard 55 3 3 2 2 Plans de Rechtschaffner Cette famille de matrices permet d estimer les effets principaux et les effets d interactions du premier ordre des facteurs tudi s avec un nombre minimum d exp riences tous les facteurs tant a deux niveaux Le principal int r t de cette matrice est d tre satur e En d autres termes le nombre d exp riences r aliser est gal au nombre d estimateurs calculer Le mod le calculer est le suivant N N R X ay tY GA Da XX Equation 3 inl in jel x Le nombre de coefficients estimer et donc le nombre d exp riences effectuer est fonction du nombre N de facteurs Nog N NO N D B 2 14 M co MEN z D Equation 4 En minimisant ainsi le nombre d exp riences la qualit de l information s en trouve clairement diminu e par rapport une matrice factorielle fractionnaire La construction des matrices de Rechtschaffner est bas e sur tro
162. e communication nous avons montr que le choix de la strat gie de ventilation naturelle d pendait des performances thermiques du batiment batiment isol ou pas Pour l difice consid r la ventilation par le sous sol semblait convenir pour un b timent non isol et par l changeur air sol pour un b timent isol Les pr conisations d hiver pr conisant l isolation nous retenons le puits canadien pour le comparatif de solutions 7 2 7 Optimisation des solutions bioclimatiques sur la maison individuelle de 1966 La m thode d optimisation a t pr sent e au 4 8 3 Sur la maison de 1966 les solutions retenues sont dimensionn es par cette m thode pour les m t os de Lille et de Marseille Les plans d exp riences ont montr s que certains facteurs taient d favorables pour les r ponses C est par exemple le cas de l inertie Lille et du facteur solaire Marseille L homme d tudes se doit d int grer ces r sultats dans le choix des solutions bioclimatiques tudi es Pour ce faire la serre ne sera tudi e qu Lille l tat de l art ayant montr que ce dispositif favorise le captage et par cons quent le facteur solaire et le mur capteur accumulateur Marseille solution r pondant au stockage de la chaleur 7 2 7 1 Optimisation du dimensionnement de la serre Notons que nous avons choisi d int grer la serre au niveau du s jour qui disposait d un balcon sur la hauteur du s jour Dan
163. e d clinent de la fa on suivante soit suivant un ordre qui est un classement sans ex quo entre les solutions analyser soit par un pr ordre pour lequel le classement admet des ex quo entre les solutions Un ordre ou un pr ordre pouvant tre soit partiel s il admet des relations d incomparabilit entre les solutions soit complet s il n admet pas la notion d incomparabilit Au final on constate que la question de savoir s il existe en absolu une bonne m thode multicrit re n a pas de sens Une bonne m thode est essentiellement une m thode la fois adapt e la nature du probl me et compr hensible par tous les intervenants dans le processus de d cision Le bon choix d une m thode d aide la d cision d pend donc d une s rie d l ments dont les plus importants sont la probl matique a laquelle on est confront a B ou y la possibilit d accepter des compensations entre les crit res la possibilit d accepter la notion d incomparabilit entre deux actions la pr sence d incertitude sur une ou plusieurs cons quences des actions examin es 176 8 2 2 Les familles d aide a la d cision disponibles dans REFLEX Bio Pasanisi 2007 Les solutions retenues sont hi rarchis es selon le point de vue du client et d EDF par le module de s lection multicrit re en utilisant une m thode choisie par l utilisateur M thode des distances ELECTRE III PROMETHE I ou PROMETHEE II
164. e dans l expression polynomiale de la r ponse Eq 2 La longueur des barres est proportionnelle l importance des effets des facteurs L approche Bayesienne Figures b d termine la probabilit que chaque effet soit actif L tendue de probabilit s est repr sent e sous forme d histogramme pour chaque coefficient Plus le b ton repr sentant les probabilit s est d plac vers la droite plus grande est la probabilit pour que le facteur correspondant soit actif La largeur du b ton donne la pr cision de l effet Les probabilit s calcul es d pendent des facteurs consid r s A titre d information les effets s rement actifs sont ceux pour lesquels la probabilit minimale est sup rieure 50 Les effets bij correspondent aux effets combin s de facteurs Xi et Xj De m me que bijk correspondent aux effets des facteurs Xi Xj et Xk et ainsi de suite 30 56 15 28 0 00 15 28 30 56 a b Figure 44 Effets de la r ponse Besoins en chauffage a Lille pour logement collectif de 1900 5 81 Figure 45 Effets de la r ponse Besoins en chauffage Marseille pour logement collectif de 1900 Th se de doctorat C FLORY CELINI 132 Universit Claude Bernard En hiver les effets d ordre sup rieur a 2 ne sont pas significatifs la repr sentation se limite donc aux effets d ordre 2 Les figures pr c dentes se lisent de la fa on suivante dans le cas de coefficients n gatifs les besoins de
165. e intellectuelle des m thodes d aide la d cision enjeu tant rappelons le de r pondre une double exigence industrielle pour EDF R amp D dont le principal secteur d activit s est l nergie et scientifique 62 Pr sentation de la m thodologie MEXPER Besoins en chauffage Temp ratures des zones Description du batiment existant PR Identification des param tres thermo physiques des l ments par l homme d tudes Nombre de facteurs N Niveaux des facteurs pa se Fimin F1max Matrice d experiences Ena E R alisation des simulations dict es par la matrice d exp riences sous le logiciel de simulation thermique R ponses Besoins de chauffage en hiver Temp ratures Organigramme d cisionnel Poids des diff rents facteurs sur les r ponses consid r es PLANS D EXPERIENCES Identification par l homme d tudes des solutions bioclimatiques correspondantes aux l ments pr pond rants Simulation thermique Outil d optimisation dynamique Besoins Temp rature par zone Comparaison des dispositifs Figure 14 M thode experte par les plans d exp riences en r habilitation MEXPER OPTIMISATION Dans les prochains chapitres les diff rentes tapes de la m thodologie MEXPER sont d taill es Th se de doctorat C FLORY CELINI 63 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER 4 3 Phase 1 Description du
166. e la premi re r glementation nerg tique Les b timents dits r cents sont ceux construits depuis 1975 2 Ces b timents anciens et r cents sont dans leur totalit qualifi s de b timents existants et constituent le stock actuel de b timents 3 Les b timents neufs sont ceux construits au cours de l ann e coul e Ils repr sentent le flux annuel de construction soit en moyenne de l ordre de 300 000 logements et 12 4 millions de m de b timents tertiaires chauff s valeur moyenne 1990 2002 de la construction neuve chauff e ou climatis e 1 2 2 Enjeux li s au choix des b timents anciens Insistons sur le fait que les v ritables gaspilleurs d nergie sont les b timents anciens c est l que les pertes d nergie sont les plus importantes Dans les b timents existants le plus gros potentiel d conomies d nergie r side dans l enveloppe Orselli 2005 L exp rience montre que les immeubles anciens pr sentent souvent de gros d fauts thermiques De mani re g n rale la r novation d un b timent ancien concorde avec l apparition de d sordres graves tels que des fuites dans la toiture des fissures dans les fa ades d grad es par les intemp ries ou encore quand des moisissures apparaissent l int rieur La r novation intervient donc souvent trop tard et de mani re trop ponctuelle sans r flexion globale Une r habilitation globale bien pens e et r alis e temps est payante po
167. e la r duction des besoins en chauffage et l am lioration du confort d t peuvent tre alors relev es Par MEXPER l installation de fen tres performantes et de TIM associ s des solutions ad quates dans la zone m diterran enne se d tache des autres dispositifs quand on consid re comme r ponse les besoins de chauffage et l indice de confort d t Si l on souhaite int grer d autres indicateurs tels que le co t de la solution propos e ou encore les nuisances induites par les travaux de quoi dispose t on pour comparer ces r ponses Pour un nombre limit de r ponses les plans d exp riences conviennent Quand on souhaite comparer plusieurs crit res plus de deux il est possible d appliquer une approche de la famille des outils d analyse multicrit res qui consiste r aliser un surclassement de synth se Dans la d marche intellectuelle des outils d aide la d cision il est au pr alable n cessaire de rep rer les actions efficaces Ce premier tri peut tre effectu par la m thodologie MEXPER que nous avons mise au point D autres crit res co t de l op ration valuation des besoins en refroidissement qualit environnementale nuisance des travaux confort d hiver qualit de l air sont alors valu s Pour ce faire nous avons d velopp un outil d aide la d cision REFLEX Bio R nover Efficacement les logements existants par des solutions bioclimatiques Gr ce cet outil le d cide
168. e logement fran ais Force est de constater et cet aspect est soulign dans la litt rature que les donn es quantitatives sont difficilement accessibles Il s est donc av r vident de rendre la m thode la plus didactique possible afin qu elle soit applicable sur n importe quel b timent La m thodologie consiste effectuer un tat des lieux du b timent par une mod lisation se rapprochant au mieux de la r alit Sur ce mod le de b timent les plans d exp riences qui consistent d terminer le poids des facteurs fen tre mur toiture etc sur les besoins nerg tiques et le confort d t b timent sont appliqu s Ils permettent de dresser un organigramme d cisionnel en terme d interventions sur le b timent A cette tape par une approche math matique il est possible de d terminer quels sont les l ments r nover en priorit Chaque l ment ayant t associ des dispositifs climatiques sp cifiques il est alors possible de choisir certains dispositifs par une optimisation nerg tique Cette tape r pondant surtout l attente industrielle d EDF R amp D Finalement sur un b timent de r f rence dont on ne change pas la structure construit avant la premi re r glementation thermique des solutions bioclimatiques sont propos es Pour ce faire le b timent est d compos en l ments mur fen tre toiture ventilation plancher Les l ments sont ensuite prioris s en terme nerg t
169. e solution de r novation dans REFLEX est valu e a partir des appr ciations qualitatives du caract re cologique du syst me de chauffage Qualit de l nergie de chauffage de l nergie utilis e pour l eau chaude sanitaire des environneme mat riaux de parement et d isolation du b ti La proc dure fonctionne en quatre ntale de temps la construction de la note nergie suivie de la construction de la note l op ration mat riaux puis de l agr gation des notes nergie et mat riaux construction de la note qualit environnementale et enfin de la construction du crit re gain de qualit environnementale Am lioration Hae conto Dans REFLEX la proc dure tient compte de la fr quence d occurrence des diff rentes lages de temp rature d hiver ee 4 Am lioration Evolution de l algorithme dans REFLEX la proc dure est similaire celle de du confort l valuation du crit re Am lioration du confort d hiver en tenant compte de la d t fr quence d occurrence des diff rentes plages de temp rature ee i L algorithme fonctionne en trois tapes dans REFLEX La concentration en CO est Am lioration de la qualit d air int rieur d termin e puis une note est attribu e en fonction de cette concentration Enfin le crit re Gain de qualit de l air int rieur est construit par diff rence entre les notes de la solution et celle du b timent existant pas d interventions de r novations
170. ecise frame for the analysis enables us to say that for buildings erected in France before the first thermal regulations we can propose a methodology including a tool to help the researcher make a decision if not possible to draw a typology and to integrate specific renovation devices to this tool After making the inventory of bioclimatic strategies in this thesis we made a synthesis taking into account both architectural and thermal aspects for new and old buildings Moreover we proposed solutions relying on a mathematical method enabling to define where to start first Bioclimatic conception means making choices in winter and summer strategies Several suitable schemes had to be examined considering the strategies to establish and the challenges to face which consisted in making a compromise between contradictory principles catch the light or protect oneself from it The goal is to make use of the variations of the outside temperature at large by taking into account the gap between indoor and outdoor temperatures On each part of the building the different bioclimatic strategies have been listed as well as the associated schemes How to install and improve climatic devices and schemes on old buildings Which buildings to choose The numbers and data concerning the typology of buildings erected before the first thermal regulations in 1974 are hardly accessible Thus it is difficult to draw a precise typology of French houses characteristics
171. ecte M me mise en uvre que l isolation ext rieure 3 Capteurs air en a S m facade La fa ade ventil e est compos e de trois couches le mur porteur existant l isolation thermique et le rev tement qui sert de couche de protection Un espace ventil est laiss entre la couche d isolation et le rev tement d o le nom de fa ade ventil e La ventilation Solution facilement applicable En revanche il est n cessaire que les pi ces du b timent soient correctement dispos es afin 1008 naturelle de distribuer correctement la chaleur Il est souvent associ aux fen tres Solution qui correspond une probl matique d t 7 Dans les b timents poss dant une cave si tant est qu ils ne soient pas dans une zone o on note la pr sence de radon il est 2ou3 possible de tirer partie de la temp rature de cette cave en hiver et en t Le puits canadien Pour les autres cas il faut qu une tranch e puisse tre creus e en profondeur l ext rieur du b timent Les protections Facilement int grable Solution qui correspond une probl matique d t 1 solaires Elle peut tre install e par l interm diaire d un toit v g talis s il n y a pas d espace disponible autour du b timent 1 2ou3 La v g tation autour d un b timent est un l ment important cela signifie que l on choisira plut t un site riche en verdure La v g tation ou que l on cr era de la v g tation dans un site o elle est absente
172. ecture et Climat Universit catholique de Louvain 1998 Gratia et al 2001 A simple design tool for the thermal study of dwellings Gratia E De Herde A Energy and Buildings 2001 Grauli re 2005 Typologie des batiments d habitation existants en France Synth se des caract ristiques des b timents d habitation existants permettant l valuation du potentiel d am lioration nerg tique Grauli re P Rapport de synth se pour le Minist re de l Equipement des transports du Logement du Tourisme et de la mer 2005 Grosso 1995 CPCALC Calculation of wind pressure coefficients on buildings Software from Polytechnic University of Turin 1995 Guenoun et al 1980 Des serres pour habiter Guenoun G Kalmanowitch JC Collection Les guides de la maison Editions du Moniteur 1980 Gustafsson et al 1986 Renovation of Dwellings Life Cycle Costs Gustafson Stig Inge Karlsson Bj rn Sj holm Bertil H CIB 86 volume 9 pp 3886 3893 1986 Hauglustaine et al 2002 La r novation et l nergie Guide pratique pour les architectes Hauglustaine JM Simon F Baltus C Liesses S Universit de Li ge Minist re de la R gion Wallonne Universit Catholique de Louvain 2002 Heidt 2007 http nesal uni siegen de index htm startseite_e htm Heidt FD Universit de Siegen 2007 206 HQE 2008 Existe t il un label HQE Association Haute Qualit Environnementale http www assohqe org autres_documents
173. ee een RSR SE RL PEL ds an ee Ce AAN de 194 ANNEXES LES SOLUTIONS BIOCLIMATIQUES 0cseccceececeecee sus sos cesse cos ces sos ces ose see 211 AV shia fen tre ss nues dso costs cad SR EEE A E A AE E A A Sait eia 219 AZ E T o a E E E A 239 A3 Les murs capteur accumulateurs ss 255 A4 Mat riaux d isolation transparents ss 269 Ad Les protections solair s fsfenisninnnnienees til ent heen E n nS 277 A6 Les mat riaux changement de phase ss 295 A7 Vent t ventilation naturelle ine nes ns ee Leur Mis X 307 AS Echangeur AIL A SOl y a er En Sd nt een 347 Table des mati res 10 Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard NOMENCLATURE Symbole Act Bs Cs et Ds Ci Cp Cy Jay idle wen 8 he he K m 5 Ne n occupants AP Qr Piri one Doria Cor x Coren CRE Q g s D finition Activit des occupants Coefficients d pendants de param tres d finis par les quations de fonction de transfert en z Capacit thermique de la zone i Chaleur sp cifique Coefficient de pression du vent facteur de vue du ciel fr quences d occurrence du nombre d heures pass es dans l ann e dans les plages de confort A B C et D Acc l ration de la gravit Coefficient de transfert de chaleur surfacique dans la lame d air Coefficient de transfert de chaleur surfacique ext rieure Coefficient de perm abilit de l air Cs dans TRNFLOW D bit a rauli
174. el Observateur 2007 Relevons quelques d cisions pour le secteur du b timent l volution tr s rapide des r glementations des b timents neufs le doublement des b timents anciens priv s r nov s chaque ann e et la r habilitation de 400 000 logements d grad s par an Les diff rents labels d efficacit nerg tique et les d cisions du Grenelle de l Environnement qui se mettent en place peuvent constituer un catalyseur pour la mise niveau voire le d passement des enjeux et objectifs fix s par la suite 1 2 Enjeux La consommation des b timents repr sente pr s de la moiti de l nergie utilis e en France avec plus de 100 Mtep an et entra ne plus de la moiti des d penses Il importe avant tout de poursuivre vigoureusement les conomies d nergie r alis es dans les b timents existants avant 1975 ou construits avec des normes insuffisamment durcies dans les ann es 1975 1995 cf Figure 2 En effet la destruction des immeubles extr mement lente en France aura peu d effet m me long terme aient 1975 R glementation 1975 mR glementation 1982 OR glementation 1985 R glementation 1989 23 Figure 2 Part de la consommation de chauffage des logements en fonction de la p riode de construction en Ceren 2004 1 2 1 Chiffres cl s de la consommation du b timent r sidentiel en France Selon l Observatoire de l nergie Minist re de l industrie 2004 en 2002 les maisons individuel
175. elations constitue le syst me de pr f rences du d cideur que les m thodes d aide la d cision se proposent de mod liser 7 Exemple solutions excellentes satisfaisantes ou mauvaises 175 Les crit res d crits au 8 2 4 expriment les valuations quantitatives ou qualitatives de solutions examiner sur lesquels il est possible de fonder des relations de pr f rence Chaque crit re peut tre associ un coefficient d importance ou d agr gation qui exprime l importance dans le m canisme de formation des pr f rences potentielles examiner C est le point de d part de l analyse multicrit re qui permet l valuation des cons quences des diff rentes actions Le tableau des performances qui synth tise les valuations des actions selon les crit res g n ralement une ligne correspond une action et une colonne un crit re L outil d velopp pr sente l avantage de proposer plusieurs familles de m thodes d aide la d cision rappel es au 8 2 2 L aspect fondamental d un probl me d aide multicrit res la d cision tant que les crit res soient en conflit entre eux ce qui caract rise les diff rentes familles de m thodes est essentiellement la fa on de g rer lesdits conflits et finalement d agr ger les crit res pour exprimer un jugement global sur les actions Les m thodes d aide multicrit res la d cision les plus couramment utilis es peuv
176. elon la finalit de l analyse et le nombre de facteurs N tudier l homme de l art dispose de plusieurs plans sa disposition Nous en avons d crit quelques uns dans la partie r serv e cet effet cf 3 Dans la description du contexte des plans d exp riences nous avons not qu ils se d finissaient par des facteurs mais galement par des r ponses Les r ponses retenues sont d crites dans la deuxi me partie de ce chapitre 4 5 1 Choix du plan Plus que d tre utilis s comme un outil cl en main les plans d exp riences devraient tre int gr s dans une d marche globale notamment en milieu industriel Diff rents plans ont t pr sent s dans la partie pr c dente Rappelons que l objectif de la m thode appliqu e des simulations est d obtenir un maximum d informations avec un minimum de simulations Une organisation syst mique des simulations acc l rant l obtention des r sultats en diminuant conjointement le risque d erreur Le choix de plan d pend de l objectif de l tude Il se fait souvent selon que les facteurs soient ind pendants ou pas On distingue trois cat gories principales les plans qui permettent de d tecter les facteurs influents il est possible d effectuer un premier tri parmi de nombreux facteurs en d terminant ceux qui influent le plus sur une r ponse les plans qui permettent d optimiser un process possibilit de d terminer les effets principaux et les effe
177. ent tre regroup es en trois grandes familles Les m thodes fond es sur la d finition d un crit re unique de synth se la proc dure d agr gation consiste combiner les diff rents crit res en un seul transformant ainsi le probl me multicrit re en un probl me monocrit re Ces m thodes ont deux propri t s caract ristiques elles aboutissent toujours un classement sans ambigu t des actions examin es et elles sont compensatoires Les m thodes fond es sur des relations de sur classement famille ELECTRE Elimination ET Choix Traduisant la R alit La mise en uvre de ces m thodes pr voit la comparaison des diff rentes solutions deux deux pour tablir des relations de sur classement entre elles Ensuite ces relations sont exploit es de mani re diff rente selon la m thode pour r pondre aux exigences demand es par le probl me d aide la d cision probl matique a B ou y Les m thodes interactives elles se caract risent par le fait que l algorithme de recherche de la solution la plus int ressante probl matique a se fait par interaction entre le d cideur et le mod lisateur en pratique l ordinateur Ces m thodes pr voient des tapes de dialogue o le d cideur accepte ou non la solution propos e par l ordinateur et des tapes de calcul o l ordinateur recherche une nouvelle proposition sur la base des indications du d cideur Les typologies de classement s
178. ent infini si l on veut croiser tous les param tres possibles Aussi le travail consiste aborder ensuite la question par la m thode des plans d exp riences qui permet de r duire consid rablement le nombre de cas analyser et de trier les dispositifs par ordre d efficacit Le poids des facteurs fen tre mur toiture etc sur le b timent est ainsi d termin Les plans d exp riences permettent de dresser un organigramme d cisionnel nerg tique en terme d interventions sur le b timent Les actions efficaces sont alors identifi es sur les diff rents l ments du b timent fa ades externes parois internes toiture parois transparentes plancher et la ventilation Certaines actions sont s lectionn es par une m thode d optimisation La m thodologie est mise en uvre sur deux b timents de r f rence dont la mod lisation thermo a raulique est effectu e par TRNSYS et TRNFLOW2 Les simulations r alis es aboutissent des pr conisations diff rentes selon la zone g ographique Autant dans le Nord des solutions r pondant la strat gie de froid sont obtenues et favorisent galement le confort d t telles que les fen tres performantes les mat riaux isolation transparents ou encore l adjonction de serre autant en zone m diterran enne les pr conisations d hiver devront s accompagner de solutions am liorant le confort d t association de fen tres performantes des protections ad quates ou enc
179. entilation naturelle Adjonction de MCP 56 calfeutr Double vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 57 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 58 calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 59 non calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 60 calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 61 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 62 calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 63 non calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 64 calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 131 R sultats de l application de la m thodologie 7 1 6 2 R sultats des plans d exp riences en p riode froide Les r sultats en besoins de chauffage et en indice de confort d t cf 7 1 6 3 sont pr sent s par des diagrammes Pareto et l approche Bayesienne cf 3 4 Lille et Marseille Rappelons que le diagramme de Pareto Figures a repr sente la pr pond rance des facteurs causes sur les r ponses besoins en chauffage et indice de confort d t Les coefficients correspondent au poids de la variation des facteurs sur les r ponses On les retrouv
180. er un compromis entre des principes qui peuvent sembler contradictoires des dispositifs sont examin s Le but est d exploiter au maximum les variations de la temp rature ext rieure en jouant sur le d phasage entre celle ci et la temp rature int rieure Sur chaque l ment du b timent les diff rentes strat gies bioclimatiques associ es sont list es ainsi que les dispositifs consubstantiels Comment installer et optimiser les dispositifs climatiques sur les b timents anciens Quels b timents choisir Les donn es quantitatives sur la typologie des b timents construits avant la premi re r glementation thermique en 1974 tant difficilement accessibles la cat gorisation du parc de logement r sidentiel fran ais semble ardue sur l ensemble du territoire La m thodologie propos e est donc d velopp e que sur des b timents de r f rence identifi s Les syst mes bioclimatiques sont retenus sur un b timent de r f rence r nover dont on ne change pas la structure ni le positionnement des fonctions Au pr alable un tat des lieux du b timent est effectu par une mod lisation se rapprochant au mieux de la r alit Ces premiers travaux mettent en exergue les limites de l analyse de sensibilit au sens classique du terme notamment lorsque les param tres sont interd pendants L analyse des performances et du positionnement des solutions requiert en effet de se placer dans un nombre de situations qui devient pratiquem
181. er une isolation mobile Fen tre Nouveaux vitrages basse Am liorer l tanch it lair ee ee missivit Vitrage rejetant la chaleur Fen tre Diminuer Zee apports solaires en cr ant de l ombrage a Dispositifs d ombrage mobiles Nouveau type de fen tre ou de vitrage Fen tre Capter Fen tres auto ombrantes Light shelf Fen tre Distribuer Fen tres auto ombrantes Vitrage sp cial Fen tres auto ombrantes Fen tre Contr ler Dispositifs d ombrage fixes Dispositifs d ombrage mobiles Th se de doctorat C FLORY CELINI 69 Universit Claude Bernard Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 9 Association des strat gies et dispositifs climatiques la toiture de l auteur Strat gies El ments Actions Dispositifs climatiques Th se de doctorat C FLORY CELINI Fen tres de toit type velux Installer des ouvertures r glables dans les fen tres existantes Fen tres de toit Installer des fen tres avec ouvertures Fen tres de toit ventil es Ventilation Favoriser la circulation de l air par la toiture Conduits de ventilation Extracteurs a rauliques Sabli res de ventilation Syst mes de chemin es Composants de ventilation par fa tage de toiture Fen tres Installer des fen tres Augmenter le nombre ou la surface des fen tres Fen tres Inertie Augmenter l inertie de l
182. ertures internes Hauteur Porte Hauteur pi ce Hrel Cd Cs kg s m Par n Petite porte int rieure et 4 Grande porte RDC 2 2 5 0 8 0 4212 2 4 10 0 6 Petite porte tage 1 1 3 0 77 0 40293 2 4 10 4 0 6 Les portes int rieures sont suppos es ouvertes moiti durant toute la p riode de simulation Les dimensions et orientations des fen tres sont d crites dans le Tableau 44 Pour le coefficient de d charge entre les fen tres et l ext rieur le calcul interne TRNFLOW est retenu Les coefficients d infiltration d air et de d bit d air ainsi que la strat gie d ouverture des fen tres sont identiques ceux d finis pour le logement collectif 7 2 3 Diagnostic de l existant Les r sultats sont obtenus pour diff rentes m t os dans TRNSYS La surface chauff e est de 120m2 Les besoins en hiver ainsi que l indice de confort en t sont valu s et les r sultats obtenus par simulation sous TRNSYS sont indiqu s dans les tableaux suivants Tableau 50 Evaluation du confort adaptif sur diff rentes p riodes de la maison individuelle de 1966 Pi ces Orientation des vitrages Lille Marseille S jour Sud Ouest 9 25 Mai Pi ces de services Nord Ouest 6 23 Chambre 4 Ouest 10 22 S jour Sud Ouest 23 36 Juillet Pi ces de services Nord Ouest 22 49 Chambre 4 Ouest 23 25 S jour Sud Ouest 1 41 Septembre Pi ces de services Nord Ouest 0 39
183. est appliqu e une ouverture des fen tres de 10 minutes en hiver Ademe 1 2007 et la nuit en t cf 6 7 1 6 1 Etablissement de la strat gie exp rimentale Les murs ext rieurs du b timent disposant de parois lourdes la base 50cm de b ton les plans d exp riences se focaliseront sur l augmentation de l inertie des parois l g res Six facteurs sont retenus cf Tableau 40 Soixante quatre simulations sont r alis es pour chacune des m t os et la pr pond rance des facteurs est tudi e Le plan d exp rimentation est obtenu Lille et Marseille en renseignant le nombre de facteurs ainsi que les niveaux correspondants Tableau 40 Niveaux des facteurs du logement collectif de 1900 Plage de variation Facteurs EN PRE Ani Borne inf rieure Borne sup rieure Calfeutrement U Calfeutrement Batiment non calfeutr Batiment calfeutr U2 Type de fen tre Simple vitrage Double Low E Argon Fen tres U3 Pr sence de stores Fen tre non prot g e Pr sence de store opaque g 0 1 Murs r a desiat B timent existant Adjonction de mat riau isolation A U 2W m K transparent U 0 6W m K Ventilation Us Ventilation B timent existant 1 PNEUS RES DN a ventilation nocturne en t 1 Inertie U Inertie B timent existant cf Adjonction de MCP dans les cloisons Tableau 18 l g res cf Annexe MCP 64 Plusieurs plans ont t r alis s avec di
184. est 2 T_Afnor ZoneOuest 3 T_Afnor ZoneOuest 3 T_Afmor ZoneOuest 4 T_Afnor ZoneOuest 4 Figure 42 Temp ratures relev es aux jours les plus chauds Lille et Marseille dans la zone ouest T Afnor correspond la temp rature de confort propos e par Afnor 2007 et pr sent e au 4 5 2 2 Temp ratures C 2880 2980 3080 3180 3280 3380 3480 3580 Temp ratures C 5832 5932 6032 6132 6232 6332 6432 6532 Tat TAR_ZoneOuest T_AnorZoneOuest2 T_AtnorZonedues t2 T_AttorZoneGuest3 TAtnorZoneQuests3 T_AnorZoneOuest4 T_AtnorZoneOues ty Figure 43 Temp ratures en mai en haut et septembre Lille dans la zone ouest Th se de doctorat C FLORY CELINI 128 Universit Claude Bernard L analyse experte permet d extraire des dispositifs retenus les syst mes suivants les fen tres performantes les mat riaux a changement de phase les protections solaires les mat riaux a isolation transparents et la ventilation naturelle par ouverture des fen tres Elle permet galement vu l tude pr alable des dispositifs climatiques d effectuer un premier comme indiqu dans les hypoth ses de simulation au 6 En borne sup rieure des plans d exp riences pour ce qui concerne l isolation des murs l isolation transparente est install e Son choix est effectu au pr alable par la m thode d optimisation cf 4 6
185. et apr s 1999 ont la consommation la plus importante Par cons quent l limination de la p riode de l entre deux guerre se justifie de fa on qualitative manque de donn es sur la composition des logements et quantitative elle ne repr sente pas une part importante dans la consommation du parc de logements frangais La m thodologie est appliqu e aux deux p riodes extr mes identifi es sur un logement collectif de 1900 et une maison individuelle de 1966 46 Variante pour la paroi verticale ext rieure b ton banch ou pierre de pays de 0 35 d paisseur rejointoy e en creux 94 5 3 Choix des solutions bioclimatiques Selon le batiment tudi les besoins en chauffage et les indices de confort sont d termin s pour les solutions identifi es parmi les dispositifs suivants Elles correspondent aux niveaux de r novation allant 1 et 2 cf 1 2 3 et 2 3 Nous en rappelons les principaux avantages Leurs principes de fonctionnement ainsi que les mod les associ s sont largement d velopp s en annexe Les fen tres performantes l ment essentiel de l approche passive des principes bioclimatiques La fen tre joue un r le d terminant que ce soit au niveau de l nergie apports passifs que du confort visuel La serre La serre est un espace vitr qui constitue un volume interm diaire climat int rieur variable Une serre est tr s souvent utilis e pour le pr chauffage de l air de ventilation du
186. ets et ainsi de prendre des mesures cibl es pour am liorer une situation Wikipedia 2007 La longueur des barres est proportionnelle l importance des effets des facteurs L approche Bayesienne consiste a calculer la probabilit a posteriori que chaque effet soit actif Elle prend en compte deux param tres la probabilit a priori qu un effet soit actif a et la connaissance du rapport entre les variances des effets actifs et la variance de l ensemble des effets non actifs k Pour toutes les combinaisons a k le logiciel calcule la probabilit a posteriori pour chaque effet d tre actif Les repr sentations Half Plot et Normal Half Plot sont repr sent es dans un syst me d axes gausso arithm tique L axe vertical est gradu suivant une chelle en probabilit l axe horizontal est gradu suivant une chelle arithm tique Ce type de graphe est utilis pour v rifier si un ensemble de valeurs suit une distribution normale Cette v rification se fait uniquement de facon visuelle donc subjective Le principe de construction de ce type de graphe est tr s simple l ensemble de N valeurs est ordonn suivant l ordre croissant j rang Ces N valeurs ordonn es sont ensuite port es sur le graphe en fonction de leur fr quence cumul e observ e j 0 5 N 3 5 Conclusions sur les plans d exp riences Les plans d exp riences consistent mettre en uvre une strat gie de travail dans le but de r du
187. eurs Ils sont identifier au pr alable par l homme d tudes qui doit galement renseigner leur plage de variation Cette tape r alis e il dispose alors de plusieurs algorithmes d optimisation sa disposition Nous en avons identifi un qui semble convenir aux probl matiques de la thermique du b timent c est l algorithme de Hooke et Jeeves L optimisation peut alors s effectuer par la r duction d une fonction co t qui p nalise les besoins en nergie Les param tres retenus sont ceux qui r duisent au mieux cette fonction co t Notons que la fonction co t aurait pu int grer une contrainte conomique par le biais d un facteur de pond ration Dans le cadre de la m thodologie MEXPER bas e sur des crit res nerg tiques nous avons consid r le facteur de pond ration nul pas de consid ration conomique Au niveau de la r alisation des plans d exp riences notons que les solutions agissant sur les l ments de l enveloppe peuvent tre optimis es en amont 4 9 Phase 7 Comparaison des solutions bioclimatiques x La derni re tape consiste comparer les solutions bioclimatiques identifi es Cette comparaison s effectue suivant les indicateurs retenus dans l approche retenue besoins de chauffage en hiver et indice de confort d t Cette comparaison peut tre illustr par un graphique ou un tableau incluant les diff rentes solutions et combinaisons retenues C est alors l homme
188. eurs n agissant pas de fa on ind pendante La figure suivante montre que l effet du facteur B est plus important quand le facteur A est au niveau 2 que lorsqu il est au niveau 1 Effet de B pour A A1 B 1 See de B pour A A2 B 2 A1 A2 A Figure 24 Repr sentation sch matique des effets d interaction Filfi 2006 La m thodologie des surfaces de r ponses est utilis e afin de quantifier les relations entre une ou plusieurs r ponses exp rimentales et un groupe de facteurs Ces derniers doivent tres des variables quantitatives continues L objectif est la pr diction de la des r ponse s en n importe quel point du domaine exp rimental d int r t C est typiquement le but recherch dans des tudes de robustesse d am lioration de la connaissance d un proc d ou encore d optimisation Des outils de repr sentations graphiques ou la d sirabilit facilitent la recherche de zones de compromis entre plusieurs r ponses L tude des m langes consiste tudier une ou plusieurs r ponses qui d pendent des proportions relatives des composants d une composition La principale caract ristique de ce type d tude r side dans la d pendance des proportions des composants Nemrod donne la possibilit de g n rer automatiquement les matrices d exp riences classiques Il est donc n cessaire de fixer au pr alable les facteurs tudier qui correspondent aux l ments du b timent pouvant ag
189. ext rieure 5 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 1 3 297 Adjonction de 0 713 Isolation existantes protection MCP ext rieure 6 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 2 0 251 Adjonction de 0 713 Isolation existantes protection MCP ext rieure 7 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 2 3 297 Sans adjonction 0 713 Isolation existantes protection de MCP ext rieure 8 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 2 3 297 Adjonction de 0 133 Isolation existantes protection MCP ext rieure 9 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 2 3 297 Adjonction de 0 713 Isolation existantes protection MCP int rieure 10 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation existantes protection de MCP int rieure 11 Fen tres Store 2 00 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation existantes opaque de MCP int rieure 12 Fen tres Store 0 24 Niveau N 2 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation existantes opaque de MCP int rieure 13 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 3 297 Sans adjonction 0 133 Isolation existantes opaque de MCP int rieure 14 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Adjonction de 0 133 Isolation existantes opaque MCP int rieure 15 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 713 Isolation existantes opaque de MCP int rieure 16 Fen tres Store 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation existantes opaque de MCP ext rieure 17 Fen tres Sans 2 00 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes protection de MCP int rieure 18 Fen tres Sans 0 24 Ni
190. ff rents facteurs notamment le plancher ou encore le coefficient d absorption Le criblage des facteurs nous a permis de retenir les plus cons quents sur les r ponses tudi es et donc de r duire le nombre d exp riences pour l tudes des effets d interaction 130 Tableau 41 Plan d exp rimentation r alis pour le logement collectif de 1900 N Exp Calfeutrement Type de fen tre Protection Isolation Ventilation Inertie 1 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 2 calfeutr Simple vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 3 non calfeutr Double vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 4 calfeutr Double vitrage Sans protection Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 5 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 6 calfeutr Simple vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 7 non calfeutr Double vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 8 calfeutr Double vitrage Store opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 9 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 10 calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Sans ventilation nature
191. fficients d interaction des grands ordres peuvent tre n glig s du moins dans un premier temps il est possible de n effectuer qu une partie du plan qui devient alors un plan factoriel incomplet 3 3 2 Plans factoriels fractionnaires Les plans factoriels fractionnaires forment une classe tr s int ressante des plans factoriels incomplets Le nombre d exp riences Ne d un plan factoriel fractionnaire est obligatoirement une puissance de 2 afin de conserver les propri t s des matrices factorielles Le nombre d exp riences correspond ainsi la classification des plans Ne 2 N r o r est un entier Dans un plan factoriel complet toutes les colonnes de la matrice du mod le M sont ind pendantes les unes des autres Cette ind pendance des colonnes est n cessaire pour garantir la r solution du syst me d quation et l ind pendance des coefficients estim s Dans les plans fractionnaires puisque les coefficients d ordres sup rieurs sont n glig s il est possible d utiliser ces colonnes libres pour des facteurs suppl mentaires 3 3 2 1 Plans de Hadamard Il existe un type de plan d exp riences apparent aux plans factoriels appel plan multifactoriel de Hadamard Placket amp Burman 1943 dans la litt rature anglo saxonne qui permet une estimation efficace des effets principaux des facteurs d un syst me suppos exclusivement additif et donc sans interaction Pour estimer les effets principaux de N param tres un plan d
192. formantes de mat riaux isolation transparents et l isolation de la toiture associ s Lille l isolation du plancher tandis qu Marseille l installation de stores opaques ou encore d un puits canadien Les premiers jalons d une m thode de diagnostic bas e sur une m thodologie math matique permettant de r aliser un organigramme d cisionnel en terme de confort en t et besoins de chauffage en hiver sont pos s En fonction des r ponses tudi es besoins en chauffage et indice de confort d t les plans d exp riences donnent les priorit s d interventions Quand on souhaite agr ger les r ponses pour tenter de trouver un compromis entre les solutions d hiver et d t on est confront au choix du crit re Par ailleurs si l on souhaite comparer d autres indicateurs la lecture graphique peut tre r dhibitoire Face ce type de situation Roy et al 1993 proposent trois approches op rationnelles pour l agr gation des performances le crit re unique de synth se le sur classement de synth se le jugement local interactif avec it rations 170 Ce dernier crit re met en g n ral en jeu une action ou un petit nombre d actions qu il para t judicieux et pertinent de chercher comparer parce qu elles sont voisines Les solutions consid r es apportant des r ponses diff rentes et dans certains cas antagonistes ce crit re est cart Le crit re unique de synth se
193. ge Cette valeur correspond aux objectifs fix s par le Grenelle de l environnement en 2007 et qui devrait donner lieu une loi vot e en 2008 qui comporte une r novation thermique obligatoire et un seuil de consommation des b timents de 80 kWh m2 an Pour mettre en ceuvre le plan national de r novation thermique il est n cessaire que tous les secteurs du batiment s att lent a la tache L nergie la moins ch re tant celle qui n est pas consomm e nous allons tenter d identifier les principes de conception et de r novation favorisant les conomies d nergie Nous les situerons dans un contexte architectural et pr senterons galement les mod les associ s Si une seule technique d nergies renouvelables tait conseiller ce serait certainement l architecture bioclimatique C est la maison elle m me qui joue le r le de capteur d accumulateur et de diffuseur de chaleur ceci entra ne galement une absence de frais d entretiens 1 3 2 Les solutions bioclimatiques sur les b timents anciens Un pr cieux potentiel d conomies d nergie et d am lioration du confort est donc en friche dans ces b timents anciens Concevoir les nouvelles constructions de mani re optimale au niveau nerg tique est une chose mais les solutions de r novation bioclimatique pour les maisons et les immeubles existants sont tout aussi importantes Les solutions bioclimatiques pr sentent l avantage de pouvoir consommer
194. gence de b timents nergivores cause principalement du faible co t de l nergie cette poque Nous avons propos une m thodologie permettant la d termination des facteurs importants d un b timent et l association de solutions bioclimatiques appropri es c est la m thodologie experte par les plans d exp riences MEXPER qui permet d identifier les priorit s d interventions sur l enveloppe du b timent et qui peut s appliquer n importe quel b timent existant Les plans d exp riences ayant l avantage de permettre la mise en uvre d une strat gie de travail dans le but de r duire le nombre de simulations tout en atteignant rapidement les r ponses aux questions pos es Notre objet a t de d terminer l influence des l ments du b timent fen tres murs toiture plancher ventilation sur les indicateurs besoins en chauffage et un indice de confort d t Une application de cette phase a t d appr cier le choix pr alable des indicateurs Ainsi nous avons pu constater qu en terme de confort d t l approche adaptative qui utilise les r sultats des champs d tudes empiriques pour analyser les interactions entre les conditions thermiques et le comportement des usagers est plus appropri e pour des b timents utilisant des strat gies de ventilation naturelle que celles de Fanger ad quate pour des vitesses faibles et des syst mes actifs 197 La m thodologie se d cline en plusieurs pha
195. ges de confort La proc dure calcule 4 plages de confort A B C et D centr es autour d une zone de confort Les plages de confort sont construites de la mani re suivante Cat gorie IV Cat gorie III Cat gorie Il Cat goriel Cat gorie II Cat gorie II Cat gorie IV Figure 18 D finition des plages de variation de l indice de confort en t 2 La proc dure calcule la fr quence d occurrence des diff rentes plages de confort La proc dure ne tient compte que des heures o le b timent est occup en effet la notion de confort n a de sens qu en pr sence d occupants A partir des estimations des temp ratures heure par heure calcul es la proc dure calcule le nombre d heures pass es dans l ann e dans les plages de confort A B C et D Ces fr quences d occurrence sont not es f 4 B f C et J D 3 Construction de l indice de confort partir de ces fr quences d occurrence Il s obtient par la formule suivante Azard et al 2007 I 100 56x In 10 Equation 7 Ces deux indicateurs besoins en chauffage et indice de confort sont calcul s pour chacune des exp riences Les r sultats sont ensuite indiqu s dans la matrice d exp riences 79 4 5 3 R sultats des plans d exp riences Pour chaque r ponse consid r e la matrice d exp riences est renseign e L outil utilis pour les plans d exp riences peut alors permettre la visualisation des r sultats sous forme de diff rente
196. guides ou de catalogues d interventions et doit en g n ral r aliser un grand nombre de simulations pour les comparer Il dispose galement d outils souvent d di s une application sp cifique e g ventilation naturelle ou d clairage naturel L analyse de la bibliographie nous a pouss a d velopper la m thodologie experte par les plans d exp riences que nous avons d cid de nommer MEXPER x Nous proposons de fournir l homme d tudes une m thodologie lui permettant d identifier les l ments influents sur le comportement thermique d un b timent tudi en limitant le nombre de simulations et une feuille de route lui permettant d y associer des solutions bioclimatiques ad quates L tat de l art permet de fixer le contour de l tude les syst mes passifs sont retenus sur des b timents de r f rence anciens construits avant 1975 dont on ne change pas la structure on consid re une r novation ni le positionnement des fonctions l emplacement des zones reste identique Les objectifs du label Basse Energie sont retenus A cet effet les diff rentes strat gies bioclimatiques ont t pr sent es et des solutions associ es propos es Ces solutions ont t d clin es en fonction du niveau de r novation L objectif est de d velopper une m thodologie qui permet d identifier les solutions bioclimatiques installer en un nombre de simulations r duit La r duction de ces simulations es
197. guration que l on retrouve dans la r novation d un b timent citadin Nous avons r alis un calcul d clairement re u par un vitrage sans masque dans un premier temps et par la suite avec masque en faisant varier la distance de ce masque sa hauteur et la valeur de son coefficient de r flexion Nous avons utilis le logiciel SOLENE Miguet 2000 en analysant pour une ville consid r e des changes radiatifs avec l ext rieur notamment l alb do du sol SOLENE tient compte de la lumi re solaire et d un mod le de ciel clair dans notre tude pour calculer les flux de lumi re directe et diffuse Figure 12 G om trie du probl me avec masque gauche et sans masque droite Le b timent tudi est celui dont la hauteur est de 5m de l auteur Les r sultats suivants sont obtenus Le flux incident sur la surface du b timent orient Nord peut tre augment de trois mani res en diminuant la distance entre le masque et le b timent d une part en augmentant le coefficient de r flexion de ce masque par le choix d une couleur claire et enfin en augmentant l alb do du sol cas bien expos dans la litt rature Nous avons montr que pour un coefficient de r flexion du vis vis fix il existe un rapport D H avec D distance entre le vis vis et le b timent tudi et H la hauteur du vis vis pour lequel le flux incident lumineux re u par le b timent pr sente un optimum La distance D minimum cor
198. id r s les fondations et les escaliers 91 Tableau 18 Caract ristiques des fa ades dans les logements anciens Murs porteurs et enduits de l auteur Situation Composition Caract ristiques Un des plus anciens syst me constructif Ie mill naire av JC On 8 p Ossature bojs retrouve des maisons de ville dans les alignements urbains tels que T Piliers verticaux des i Rouen Toulouse Strasbourg Rennes Troyes et les communes de o remplissage torchis b ie les C fois dissimul murs en pan de bois nombreuses r gions rurales Ces pans sont parfois dissimul s par 5 des enduits comme en Ile de France en Normandie et en Champagne n 1 p 5 Piliers en pierres appareill es ou en briques Murs homog nes Murs banch s en pis Pis ou b ton de terre compos de terre plus ou moins argileuse m lang e La pratique de la construction traditionnelle en terre stabilis e chaux puis au ciment partir de la seconde moiti du XIX s s est poursuivie jusqu aux ann es 1920 et parfois jusqu la Seconde Guerre mondiale Tr s largement pr sent dans le centre de la France de terre un liant qui dans et dans les r gions Rh ne Alpes et Midi Pyr n es la tradition est une I est fa onn en brique de terre crue ou banch Le mur r alis en chaux pis banch a une paisseur de 0 5m 3 Utilis e essentiellement pour des programmes prestigieux car 3 Maconnerie a
199. ie suivante Th se de doctorat C FLORY CELINI 58 Universit Claude Bernard 4 PRESENTATION DE LA METHODOLOGIE MEXPER Dans ce chapitre la philosophie de la m thodologie est d velopp e Elle r pond a la probl matique qui est de d terminer les travaux de r novation a effectuer et par cons quent les dispositifs climatiques y associer en un nombre minimum de simulations sans pour autant d grader l information analyser Ses diff rentes tapes sont ensuite d clin es Tout d abord le b timent existant est d crit et ses performances nerg tiques sont valu es Dans l objectif d obtenir les priorit s d interventions avec un nombre minimum de simulations la m thodologie des plans d exp riences est ensuite appliqu e en insistant sur son utilit et son application sur un b timent existant L tude tant focalis e sur des solutions bioclimatiques on montre comment elles sont associ es aux l ments du b timent et la fa on dont on peut les dimensionner par une m thode d optimisation In fine les performances de ces solutions sont compar es sur un b timent r nover 4 1 Introduction Dans le plan d tude nous avons pr cis la difficult pr alable de saisir par quel bout prendre ce sujet Au d part parall lement la r alisation de l tat de l art sur les strat gies climatiques Flory Celini 2008 de nombreuses simulations ont t r alis es afin de conduire une analyse de sen
200. ie dans le b timent a progress en volume de 24 entre 1973 et 2004 Prebat 2006 Pourquoi les b timents sont ils si nergivores Selon Les amis de la terre 2007 la plus grande partie des logements a t construite une p riode pendant laquelle le co t de l nergie tait tr s bas et le souci de l environnement inexistant Les constructions des ann es 50 et 60 ont une tr s mauvaise performance nerg tique La premi re r glementation qui date de 1974 et est cons cutive au premier choc p trolier impose une performance nerg tique minimale des constructions neuves Les normes sont actualis es tous les 5 ans environ En revanche m me si la r glementation a stabilis la consommation d nergie elle ne l a pas diminu e Dans le m me temps diff rents labels d efficacit nerg tique et les d cisions du Grenelle de l Environnement se mettent en place et constituent les objectifs fix s dans cette tude cf 1 3 Une diminution par quatre de la consommation nerg tique implique un effort d conomies d nergie dans chacun de ces secteurs Au niveau individuel un m nage fran ais peut agir directement sur ses consommations d nergie au niveau de son habitation en appliquant des mesures correctes d efficacit nerg tique x Les diff rentes r glementations thermiques tendent r pondre cette probl matique Ainsi depuis 25 ans cinq r glementations ont permis une r duction de deux tiers
201. iences ou encore la possibilit de renseigner les matrices d exp riences la main Nemrod est un programme crit et distribu par Laboratoire de Prospective R actionnelle et d Analyse de l Information de l Universit de Marseille Le programme consiste principalement en un chemin oblig avec quelques choix et a l avantage de reprendre la m thodologie d crite ci dessus Quatre objectifs qui conditionnent la strat gie exp rimentale sont disponibles sous Nemrod Le criblage tude de nombreux facteurs permet de conna tre les poids des niveaux des facteurs sur les r ponses Ce type d tude permet de trouver les quelques facteurs actifs quantitatifs ou qualitatifs parmi un grand nombre de facteurs en un nombre limit d exp riences Le poids d un facteur repr sente l importance de la variation de la r ponse due un changement de niveau du facteur 97 dans le cas d un facteur 2 niveaux l estimation du poids repr sente la moiti de la variation de la r ponse quand le facteur passe du niveau inf rieur 1 au niveau sup rieur 1 dans le cas d un facteur de plus de deux niveaux on obtient les estimations des poids des autres niveaux de ce facteur par rapport au niveau sup rieur pris comme r f rence Une tude des effets des facteurs est n cessaire pour conna tre les effets principaux des facteurs et les effets d interaction entre les facteurs Une interaction tant une combinaison de fact
202. iments neufs et construits Flory Celini 2008 dont la singularit r side dans l association des aspects architecturaux et thermiques Les principes dont d coulent des strat gies de chaud et de froid sont r sum s comme suit Strat gies de chaud Figure 7 et Figure 8 Protection et int gration hivernale Espaces tampons Be Masses thermiques int rieures 4 Isolation thermique maximale Captage de l nergie solaire Figure 7 Illustration des strat gies de chaud pour des vents dominants Nord Charmeau 2005 Apr s s tre correctement prot g du vent le captage solaire sera favoris en journ e Afin de garder un peu de chaleur pour les nuits froides une forte inertie est prescrite pour les b timents faible inertie Cette inertie doit tre suffisante pour lisser les temp ratures int rieures en p riode d occupation Il n emp che que cette chaleur capt e et stock e doit tre conserv e En ce sens une isolation performante et une inertie adapt e seront install es Parmi les structures se d finissant comme tant solaires passives certaines seront plus efficaces puisqu elles auront optimis les op rations suivantes en hiver se prot ger du 14 Selon la p riode de construction les b timents existants disposent d une inertie suffisante c est par exemple le cas des logements anciens en pierres ou en pis En revanche les Trente Glorieuse se caract risent par un mode constructif ayant favo
203. in Fiche Docomomo Minnaert JB http www archi fr DOCOMOMO FR fiche imm vavin htm 2008 Mitalas 1970 Comments on the Z Transfer function method for calculating heat transfer in buildings Mitalas G Ashrae Transactions vol 84 1 p 667 674 Moujalled 2007 Mod lisation dynamique du confort thermique dans les b timents naturellement ventil s Moujalled B Th se de doctorat de l Institut National des Sciences Appliqu es de Lyon 2007 Moye 1980 Coefficients K des parois des b timents anciens Moye C ing nieur en chef du CSTB a la demande de l ANAH 1980 Nemrod 2006 Pr sentation du logiciel NemrodW http www nemrodw com 2006 Observatoire de la qualit de l air int rieur 2004 Observatoire de la qualit de l air int rieur point d tape http webzine cstb fr archives documents Doc115_1 pdf 2004 208 Onpeutlefaire 2007 Le puits canadien http www onpeutlefaire com fichestechniques ft puits canadien php 2007 Orme et al 1998 Numerical Data for Air Infiltration and Natural Ventilation Calculations Orme Liddament M Wilson A Air Infiltration and Ventilation Centre AIVC Coventry GB 1998 Orme et al 2002 Ventilation modelling data guide AIVC Guide 5 INIVe on behalf of the IEA 2002 Orselli 2005 Recherche et D veloppement sur les conomies d nergies et les substitutions entre nergies dans les batiments J Orselli Rapport pour le Conseil G n ral des Ponts et Chaus
204. ions devraient tre combin es aux deux premi res pr conisations fen tres performantes et mat riaux d isolation transparents Th se de doctorat C FLORY CELINI 141 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie 7 1 8 2 Appartement situ a Marseille En revanche Marseille l am lioration de l isolation des l ments cause une d t rioration du confort Les plans d exp riences montrent cette fois ci que l installation de protections solaires ainsi que la ventilation nocturne augmentent le nombre d heures o l occupant est en situation de confort En outre l interaction de ces facteurs a des cons quences sur le confort Ceci oblige consid rer dans les pr conisations l application simultan e de ces deux strat gies Fen tres performantes sssbessess Figure 58 Organigramme d cisionnel du logement collectif de 1900 Marseille Afin de ne pas d grader le confort d t ces solutions devraient tre associ es ces l ments telles que des protections solaires et ou la ventilation nocturne Ces solutions devraient tre combin es aux deux premi res pr conisations fen tres performantes et mat riaux d isolation transparents L avantage des r sultats obtenus r side dans le fait que les solutions propos es pour les deux saisons sont conciliables Ainsi le facteur solaire bien que n ayant pas une forte incidence en hiver sera r duit par des protection
205. ique et de confort par les plans d exp riences qui ont l avantage de r duire le nombre de simulations r aliser L homme d tudes associe ensuite les solutions aux b timents Le dimensionnement de certaines solutions est d termin par une m thode d optimisation bas e sur des aspects nerg tique Les solutions propos es sont ensuite compar es La m thodologie pr sent e est ensuite appliqu e sur deux b timents de r f rence En perspectives la prise de conscience des ph nom nes li s l environnement et la sant qualit de lair notamment pousse int grer ces pr occupations de fa on ce que le d cideur prenne une d cision bas e sur d autres crit res qu nerg tiques 3 Dans le langage courant les b timents dits anciens sont les b timents construits avant 1975 date de mise en place de la premi re r glementation nerg tique Les b timents dits r cents sont ceux construits depuis 1975 En revanche certains auteurs ob dience architecturale comme Joffroy 2005 diff rencient plusieurs typologies au niveau des b timents construits avant la premi re r glementation thermique de 1974 dont les logements anciens construits avant la premi re guerre mondiale 1914 Pour cette derni re cat gorie nous sp cifierons explicitement afin qu il n y ait pas d ambiguit le terme logement ancien 19 Afin de r pondre cet objectif nous avons d velopp l outil d aide la
206. ir sur les besoins nerg tiques et le confort les niveaux de ces facteurs Par commodit le niveau bas 1 correspond l tat initial du b timent r nover et le niveau haut 1 aux caract ristiques du label Basse Energie ou encore l installation d un dispositif sp cifique dont le dimensionnement peut tre optimis Les plans fractionnaires complets de Hadamard et de Rechtschaffner sont utilis s dans les applications sur les b timents Une premi re analyse a t effectu e en consid rant les plans de Hadamard avec 12 exp riences pour la maison individuelle et pr sent e dans le cadre du congr s Clima 2007 Flory Celini et al 1 2007 L exploitation des r sultats n tait pas commode ceci tant certainement d la perte d informations li e au nombre limit 98 d exp riences d une part et d autre part au fait que ce type de plan ne se restreint qu a la seule prise en compte des effets principaux des facteurs en supposant qu il sont ind pendants ce qui ne correspond pas a la r alit des ph nom nes tudi s mais permet d estimer en premi re approximation les facteurs n gligeables Ces plans permettent n anmoins d liminer certains facteurs non significatifs sur la r ponse tudi e C est par exemple le cas des coefficients d absorption des murs et de l isolation du plancher sur le logement collectif de 1900 Une seconde famille de plans d exp riences est alors exploit
207. ire le nombre des simulations tout en atteignant rapidement les r ponses aux questions pos es Dans le cas des plans factoriels il faut d terminer les effets des param tres que l homme d tudes juge influents sur le ph nom ne Pour cela plusieurs cas sont envisageables et ont t d velopp dans cette partie Ils constituent une classe de m thode math matique qui permet d estimer et de comparer les effets de facteurs pr d finis sur un ph nom ne Les mod les tablis sont empiriques et valables uniquement dans leur domaine d tude Toute extrapolation est p rilleuse Ils n offrent certes pas toujours une repr sentation physique du probl me mais leurs pr dictions sont fiables et pr cises C est au moment de l tablissement du plan d exp riences que l on doit analyser les facteurs suppos s influents et leurs interactions ventuelles c est dire bien identifier les m canismes physiques du probl me tudi Une des finalit s des plans d exp riences r alis s sur les b timents de r f rence est de d terminer l importance relative de chaque l ment du b timent ainsi que les interactions qui peuvent exister entre ces l ments Ainsi les priorit s d interventions sont d termin es L homme d tudes peut alors associer ces l ments du b timent des solutions appropri es 57 Les plans d exp riences Ces diff rents points s integrent dans la m thodologie propos e d crite dans la part
208. is g n rateurs un par type d effet 3 4 Application des plans d exp riences la r novation bioclimatique des logements Face un logement r nover sans intervention sur le gros uvre l tat de l art a permis de r aliser les diff rents types de travaux possibles Quand l homme d tudes souhaite installer des solutions bioclimatiques que peut il proposer en fonction du b timent tudi en un nombre optimum de simulations Nous avons pu appr cier les finalit s des plans d exp riences L information que nous souhaitons obtenir est quels sont les l ments du b timents r nover en priorit en fonction d indicateurs choisis On identifie alors les l ments des b timents comme tant les facteurs et les indicateurs comme tant les r ponses besoins en chauffage en hiver et confort adaptatif en t Les l ments identifi s sont les suivants plancher murs fen tres ventilation toiture 56 Une fois ces l ments identifi s ils sont associ s des solutions climatiques par l homme d tudes Les approches de Pareto Bayesienne et les repr sentations Half Plot et Normal Half Plot sont retenues pour la pr sentation des r sultats cf 7 2 4 et 7 1 6 Le diagramme de Pareto est un graphique repr sentant la pr pond rance de diff rentes causes sur un ph nom ne Il permet de mettre en vidence les causes les plus importantes sur le nombre total d eff
209. it tre compl t e par l installation de protections solaires ou l am lioration de l inertie AlndConfortMarseille Vitrage 150 Wnt 5 74 Wnt A Protection Protection Store opaque Sans protection Protection E Store opaque E Sans protection Vitrage 1 50 Were 5 74 Were A IndConfortM arseille Vitrage W150 w ne k 5 74 Wek Inertie Inertie E Batiment existant E Adjonction de MCA Vitrage 1 50 Were 5 74 Were Figure 77 Effets des interactions X2 X1 et X6 X1 sur la r ponse Indice de confort Marseille sur la maison individuelle Th se de doctorat C FLORY CELINI 158 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie O o L isolation des murs devrait galement s accompagner de l installation de protections solaires cf Figure 78 interaction gfen Umur Protection A Protection E Store opaque E Sans protection O24 Wire 2 00 Were AlndConfortdarseille Umur 0 24 wek W200 wene k Store opaque E J Protection gt Store opaque Sans protection AIndConfortarseille inertie PR E B timent existant E Adjonction de MCA Umur gt 0 24 WAK 2 00 WereK n ndConfortM arseille Umur ad 0 24 went K Peer E 2 00 wene k J Inertie gt B timent existant dionction de MCP Figure 78 Effets des interactions X2 X3 et X6 X3 sur la r ponse Indice de confort Marseille sur la maison individuelle 7 2 5 Organigrammes d cisionnels
210. it pas adapt au b timent tudi L alternative au nombre lev de simulations est le d couragement et l abandon de la comparaison de syst mes Comment proposer une autre issue La d marche logique semble de lister les diff rentes tapes auxquelles l homme de l art est confront Au pr alable l homme d tudes se doit de caract riser le b timent r nover Sur ce b timent quelles sont les solutions simuler Comment r duire le nombre de simulations r aliser La bibliographie propose des pistes de r flexions pour r pondre cette probl matique Nous allons les pr senter sous forme de questions r ponses et les mettre en lien avec la m thodologie propos e Quels sont les b timents tudi s Le plan d approche initial consistait dresser une typologie des b timents sur lesquels l tude de solutions bioclimatiques serait tudi e Par b timents il fallait entendre 33 Etat de l art construction et r novation En terme de construction l tat de l art a permis de se rendre compte de la richesse de la litt rature dans ce domaine mais galement de l existence de projets d monstratifs dans ce secteur quartiers durables de Narbonne Chalon sur Sa ne et Lille en France Bedzed a Londres cf Figure 5 ou encore le quartier Vauban a Fribourg en Allemagne Techno sciences 2007 les principes bioclimatiques tant ais s appliquer en amont Figure 5 BedZed une co vi
211. ite d fini en vue d une r duction des besoins nerg tiques l architecture climatique recouvre dans une vision globale l ensemble des facteurs climatiques et 39 7 J 1 ad Etat de l art d ambiance Quant parler d architecture bioclimatique c est quitter le seul plan des conomies d nergie et s en r f rer prioritairement la notion de confort pour l homme qu il soit thermique respiratoire ou visuel Voil fix s par cette derni re d finition les objectifs atteindre dans cette tude Apr s avoir d gag les grands principes de la conception bioclimatique dans les ouvrages traitant principalement d architecture Architecture et Climat 2005 Camous et al 1979 Courgey et al 2006 Chatelet et al 1998 European Commission 2007 Mazria 1983 Pacer 2006 Tareb 2004 ou encore Wright 1979 il a t n cessaire de les rattacher a la physique sous tendue par ces derniers En effet pl thore d ouvrages traitent de ces strat gies mais rares sont ceux qui les justifient par une approche nerg tique critique en revenant aux fondamentaux de la physique Notons toutefois Cardonnel 1983 Mansouri 2003 Santamouris et al 1996 Athienitis et al 2002 qui d veloppent l approche physique pour des strat gies sp cifiques ou encore dans le cadre d une construction Le recensement des strat gies bioclimatiques aboutit une synth se r alis e pour les b t
212. la construction notamment la pierre le sable la terre et le bois Tous ces mat riaux sont sensibles l action de l eau et des autres facteurs climatiques Leurs caract ristiques thermo physiques voluent donc au cours du temps L tat actuel de la recherche apporte des informations sur le vieillissement des mat riaux assez r cents tels que les isolants Cependant pour l application nous concernant qui consiste une comparaison de solutions bioclimatiques les propri t s thermo physiques des mat riaux neufs sont retenues Par la suite des hypoth ses de d gradation des propri t s pourront tre int gr es Ceci tant le caract re ancien a t int gr dans la mod lisation a raulique pour laquelle des informations taient disponibles C est une premi re tape Ce constat justifie l orientation vers une d marche m thodologique pointue et d taill e pouvant permettre l homme d tudes de disposer d une v ritable feuille de route pour l amener cibler les interventions sur le b timent existant et la fa on dont il peut associer les solutions bioclimatiques Les cueils de la d finition d une typologie sont maintenant pr sent s La fa on dont il est possible de s en affranchir est expos e notamment le renvoi vers une bibliographie appropri e souvent recherch e et mal connue des bureaux d tudes Elle permet de caract riser en tout cas de mani re qualitative un b timent r nover
213. la transformation d une variable naturelle u en variable cod e x par un centrage puis une r duction 18 Cette m thodologie est tir e des notes de cours de F rbringer 2006 19 F rbringer 2006 M thodologie des plans d exp riences Notes de cours F rbringer JM EPFL Institut de Technique du B timent Laboratoire d nergie solaire et de physique du b timent 2006 Th se de doctorat C FLORY CELINI 53 Universit Claude Bernard x mOi quation 1 uation 7 Au q J u variable naturelle x variable cod e u 0 centre Au pas La matrice d exp riences dicte les exp riences r aliser En effet un plan d exp riences correspond une matrice d essais ou d exp riences qui est la liste des combinaisons des niveaux des facteurs d finis l avance La matrice d exp riences est constitu e de N lignes k colonnes matrice dont l l ment xij est le niveau de la jme variable cod e de la ji me exp rience La diff renciation entre les diff rents types de plans d exp riences se fait souvent selon que les facteurs soient ind pendants ou pas Les plans factoriels fractionnaires Hadamard et de Rechtschaffner sont pr sent s dans cette partie Pour plus d informations sur les diff rents types de plans le lecteur est invit se reporter Filfi 2006 ou encore F rbringer 2006 3 3 1 Plans factoriels complets Le plan d exp riences le plus courant dans les laboratoires consistant
214. lateur ADEME http www2 ademe fr servlet KBaseShow sort 1 amp cid 96 amp m 3 amp catid 15040 2007 Afnor 2003 Verre dans la construction d termination des caract ristiques lumineuses et solaires des vitrages Norme NF EN 410 Association Fran aise de Normalisation 2003 Afnor 2004 NF P01 010 Qualit environnementale des produits de construction D claration environnementale et sanitaire des produits de construction D cembre 2004 Afnor 2007 Crit res d ambiance int rieure pour la conception et l valuation de la performance nerg tique des b timents couvrant la qualit de l air int rieur la thermique l clairage et l acoustique Association fran aise de normalisation Norme europ enne Norme fran aise NF EN 15251 2007 Ahmad 2004 Nouveaux composants actifs pour la gestion nerg tique de l enveloppe l g re des b timents Couplage mat riaux changement de phase Super isolation Apports solaires M Ahmad Th se de doctorat de l Universit Joseph Fourier de Grenoble 1 2004 AIE 2008 Task 37 Advanced Housing Renovation with Solar and Conservation Agence Internationale de l Energie http www iea shc org task37 index html 2008 AIVC 1987 Technical note AIVC 20 Airborne moisture transfer New Zealand Workshop Proceedings and Bibliographic Review Berkshire RU AIVC 1987 Ambassade 2004 Caract ristiques thermiques des mat riaux locaux de construction Cas de la brique en ter
215. le o les fen tres sont ferm es continuellement b timent non r nov Une ventilation nocturne pendant les heures les plus fra ches nous avons fixer la p riode allant de minuit 11h en p riode chaude ceci permet de mettre en exergue l aspect comportemental qui correspond la borne sup rieure des plans d exp riences cf Tableau 40 Les fissures dues la pr sence d une chemin e ou encore d un syst me actif de chauffage sont n glig es Pour les murs en contact avec l ext rieur les caract ristiques retenues pour les fissures sont explicit es Tableau 21 Caract ristiques physiques des fissures Fissures Coefficient de perm abilit de l air Cs Exposant de l coulement d air Murs 2 25 105 kg s m Par 0 85 Plafonds Ashrae 2001 2 6 103 kg s m Par 0 6 Suite une tude sur la comparaison des protections solaires pr sent e dans le cadre du congr s IBPSA 2006 Flory Celini et al 2006 les protections solaires retenues sont des stores ext rieurs Ils pr sentent galement l avantage d tre facilement int grables sur un b timent r nover La serre les diff rents types de serre sont d crits en annexe Dans l application consid r e le d bit le type de vitrage ainsi que la longueur cf Figure A 14 en annexe sont consid r s Une protection est install e en soir e en p riode froide et en journ e en p riode chaude L application propose l installation de la
216. le cas d un mur et a montr que la m thode de la transform e en Z est tr s performante comparativement la m thode des diff rences finies La d finition d un nouveau type de fen tre est aussi moins simple puisqu elle n cessite de rentrer dans le c ur du programme de d finition des fen tres pour ce faire il est n cessaire de conna tre la variation de leurs caract ristiques en fonction de l angle d incidence Le comportement thermique du b timent est tr s complexe du fait des transferts thermiques se produisant simultan ment et de la variation des conditions le sollicitant conditions climatiques TRNSYS int gre ces ph nom nes dans la mod lisation thermique en r gime transitoire du b timent de la fa on suivante Les transferts thermiques au sein de l enveloppe sont trait s en utilisant le Type56 de TRNSYS Sachant qu une paroi de b timent peut donner lieu trois transferts thermiques diff rents la conduction au sein de la paroi la convection entre les faces de la paroi et les ambiances fluides qu elle s pare le rayonnement courtes longueurs d ondes CLO et grandes longueurs d ondes GLO chang avec les autres parois ou le ciel La mod lisation des coulements a rauliques est effectu e par le biais de TRNFlow Ainsi le crit re de s lection retenu pour mod liser les transferts a rauliques dans le b timent est la fiabilit des r sultats en un minimum de temps L approche nodale ou zo
217. les consomment relativement plus d nergie pour leur chauffage que les immeubles collectifs ce qui tient aussi bien leur taille qu leurs conditions d isolation thermique elles ont aussi plus de surfaces d perditives Les immeubles sans chauffage collectif avec ou sans chauffage central ont une consommation relative nettement plus faible que les immeubles avec chauffage collectif alors qu ils repr sentent 243 des logements ils ne consomment que 11 5 de l nergie d di e au chauffage Minist re de l industrie 2005 Ces donn es montrent que les logements anciens repr sentent l enjeu en mati re de r duction des consommations de chauffage avec environ 70 de la consommation totale de chauffage Par ailleurs les maisons individuelles anciennes avec environ 47 de la consommation de chauffage peuvent tre identifi es comme une priorit en mati re d conomies d nergie Tableau 2 R partition des r sidences principales par tranche d age et consommations nerg tiques finales Climat normal 2002 Ademe 2005 Ancien 1 R cent 2 Neuf 3 Parc millions Consommation Parc millions Consommation Parc millions de de logements TWh de logements TWh logements ee 9 1 192 6 4 9 92 5 0 22 individuelles Immeubles Collectifs 6 8 123 6 3 7 43 3 0 10 Total 15 9 316 2 8 6 135 8 0 32 1 Les b timents dits anciens sont les b timents construits avant 1975 date de mise en place d
218. lioration du confort d t ceci dans la perspective de ne pas utiliser de climatiseur dimensionnement de solutions par une m thode d optimisation et enfin comparaison des diff rentes solutions x Plusieurs indicateurs ont t envisag s De fa on avoir une vue nerg tique des performances des syst mes les besoins en chauffage et le confort adaptif ont t retenus pour les r ponses de plans d exp riences Ces plans donnent l influence de la variation des niveaux des l ments du b timent coefficient de d perditions des fen tres et des murs calfeutrement ventilation naturelle augmentation de l inertie isolation de la toiture et du plancher par exemple sur ces r ponses Cette feuille de route donne l homme d tudes les bases et les r f rences bibliographiques lui permettant d appliquer cette m thodologie Chacune des diff rentes phases pourra voluer et tre compl t e Ainsi les meilleures technologies disponibles actualis es pourraient enrichir la liste des solutions propos es De m me que le choix des plans en fonction du nombre de facteurs consid rer D autres r flexions sont mener sur le nombre et le choix des indicateurs c est l un des points voqu s au chapitre 7 et trait s au chapitre 8 Nous insistons sur le fait que cette analyse est un point de jonction entre la thermique du b timent l architecture mais galement les math matiques qui apportent leur plus valu
219. lis pour un batiment de r f rence donn dans une configuration fix e Il est clair que pour des batiments similaires morphologie situation les r sultats trouv s pourront tre exploit s N anmoins le principal objet de la d marche est de proposer une approche m thodologique applicable nouveau quelque soit l difice c est une m thode syst matique La m thode retenue est conditionn e suivant les propositions suivantes choix de b timent de complexit croissante r alisation de plans d exp riences pour chaque b timent de r f rence afin de d terminer les facteurs dominants laboration d un organigramme d cisionnel pour les interventions sur chaque b timent de r f rence L objectif est d tudier l influence des facteurs l ments du b timent fen tre murs opaques toiture ventilation inertie sur les r ponses suivantes les besoins nerg tiques en hiver et un indice int grant le confort adaptatif en t Ce choix a t motiv par une approche initiale nerg tique Notons que ces solutions sont retenues dans nos cas d tudes d autres r ponses tant tout fait int grables besoins en refroidissement concentration de CO etc En outre dans les applications pr sent es cf 5 des param tres sp cifiques aux l ments sont consid r s Ces param tres thermo physiques d termin s par l homme d tudes d coulent de l analyse des solutions climatiques Ainsi pour
220. lists CONTAM et ESP r qui montre que ces mod les fournissent des r sultats homog nes entre eux et coh rents avec les mesures exp rimentales Parmi les codes en pression existants TRNFlow a t retenu l tude a raulique sous TRNSYS s effectuant avec ce logiciel connect au mod le de b timent Type 56 et est renseign sous TRNBuild encore appel PREBID Ce mod le poss de comme c ur de calcul COMIS et il repr sente le b timent comme un r seau de n uds et de liens de circulation d air entre eux Figure 25 Les n uds repr sentent les pi ces et l environnement du b timent Les liens d peignent des ouvertures des portes des fissures des joints de fen tre et des axes aussi bien que des composants de ventilation comme des entr es d air des sorties des conduits et des ventilateurs Les pressions de vent sur la fa ade et les temp ratures de l air d int rieur et ext rieur sont les conditions aux limites importantes D autre part les temp ratures ambiantes peuvent tre calcul es avec un mod le thermique dynamique de b timent La construction et les mat riaux de l enveloppe de b timent d terminent le caract re du comportement thermique Figure 26 Dans ce cas ci les charges internes par exemple des personnes ou les quipements de bureau et les coulements d air sont les conditions aux limites Si les temp ratures ambiantes et ou les circulations d air dans un b timent ne sont pas contr l es un mod le
221. litique l ex cution et l valuation de l intervention d identifier les outils et les instruments consid rer techniques administratifs et l gaux pour leur gestion et leur d veloppement optimums et de d finir les crit res qui doivent permettre de r fl chir sur les probl mes et les strat gies mettre en place pour garantir le succ s du processus Pour la m me r gion Arene 1999 donne des pr conisations en construction et en r habilitation pour respecter les strat gies bioclimatiques Cette tude a t r alis e dans le cadre de du contrat europ en Integration of renewable energies in the Mediterranean building On trouve aussi un rapport sur l tude basse nergie sur les b timents anciens Mulhouse Enertech 2007 qui propose la solution dite isolation sur des cas d application Elle a l avantage d aborder la strat gie de ventilation nocturne et ses r percussions sur le confort d t Notons la solution de r novation universelle propos e par Enertech 2007 et qui a l avantage de proposer des solutions types qui permettent d tre conforme la r glementation thermique sans trop se poser de questions et surtout pas vis vis du CO2 mis 10 e g Par l adjonction d isolant ou encore la r fection des fen tres 35 gt a Ventilation double flux avec changeur n 70 minimum a p SS SS SESS Combles R 7 5 m2 K W environ 30
222. lle Sans Adjonction de MCP 11 non calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 12 calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 13 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 14 calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 15 non calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 16 calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 17 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 18 calfeutr Simple vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 19 non calfeutr Double vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 20 calfeutr Double vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 21 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 22 calfeutr Simple vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 23 non calfeutr Double vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 24 calfeutr Double vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Sans Adjonction de MCP 25 non calfeutr Simple vitrage S
223. lle en banlieue de Londres Pellegrino 2007 En terme de r novation nonobstant le fait de la m diatisation de cette priorit d intervention force est de constater que cet aspect est plus rarement trait dans la bibliographie et pour cause pour employer une m taphore cela reviendrait proposer une m me m dication pour tous les malades Dans quel cadre situer les b timents existants L application de concepts g n raux comme celui de r habilitation ou de r novation au domaine nerg tique doit se faire de fa on tr s prudente Le terme de r habilitation est utilis par la profession du B timent comme synonyme de travaux sur un b timent existant y compris ce qui pourrait tre de l entretien par opposition la construction de b timents neufs Par contre l usage plus courant est de r server ce terme de r habilitation la r alisation d un ensemble de travaux lourds comprenant des actions sur le gros uvre Ce flou s mantique est caus par le fait que l on se repr sente mal la r alit des travaux effectu s Orselli 2005 Bien que ces termes n aient pas de d finitions pr cises et que l un ou l autre des deux premiers soit utilis dans le sens le plus g n ral leur d finition est distingu e et l tude se situe au niveau de la r novation Elle s applique la remise en tat d un logement individuel ou situ dans un immeuble collectif sans intervention majeure su
224. logie plut t dessein tre appliqu e dans un bureau d tudes ou encore dans un laboratoire de recherche et d veloppement Son avantage vident est qu il est possible d y adjoindre n importe quel dispositif climatique que l on souhaite utiliser si tant est qu une mod lisation de ce dernier soit disponible L objectif de ce travail n ayant pas t de cr er des solutions bioclimatiques mais de voir celles qui correspondent au mieux un b timent existant Ces applications montrent que si pour r duire les besoins en chauffage des solutions universelles ind pendantes de la zone g ographique semblent se d tacher telles que l installation de fen tres performantes de mat riaux d isolation transparents ou encore l isolation de la toiture en ce qui concerne l am lioration du confort d t il en est autrement des ph nom nes d interactions pouvant tre pr pond rants Par ailleurs certaines combinaisons de solutions permettent d atteindre voire de d passer le facteur 4 198 Ainsi dans la zone m diterran enne les solutions r duisant les besoins de chauffage doivent s accompagner de dispositifs favorisant la strat gie de froid tels que les protections solaires l adjonction de MCP ou encore l installation d un puits canadien cas de la maison individuelle Les diff rentes solutions pr conis es selon la zone g ographique sont ensuite compar es Les solutions repr sentant un bon compromis entr
225. lyse des r sultats des applications 7 1 Application de la m thodologie sur un batiment collectif Le logement collectif ancien correspond aux batiments construits avant 1914 cf 5 2 2 1 Le logement collectif est au pr alable d crit Les hypoth ses retenues pour sa mod lisation sont ensuite pr sent es suivies de l application des plans d exp riences De cette tape d coule les organigrammes d cisionnels en terme nerg tique hiver et de confort d t pour Lille et Marseille 7 1 1 Typologie d un logement collectif des ann es 1900 Le logement retenu est propos par l Office Public d Am nagement et de Construction OPAC du Grand Lyon cf Figure 39 57 Caract ris par des hivers doux 10 C en moyenne et tr s humide marqu par des pluies intermittentes et surtout de la bruine L t le temps est beaucoup plus sec mais tr s frais pas plus de 23 C en moyenne 58 Climat in gal sur le plan des pr cipitations elles sont tr s fortes au printemps et en automne et peuvent engendrer des inondations le reste de l ann e c est le calme plat Quant aux temp ratures elles sont tr s chaudes en t 40 C de temps en temps et douces en hiver 16 17 C 121 R sultats de l application de la m thodologie Sa typologie se rapproche de celle de l immeuble ouvrier qui est d crit par Grauli re 2005 comme s inscrivant dans la continuit de l immeuble de bourg et formant le ti
226. m thodes utilis es restent inchang es Globalement la m thode reste la m me mais le contenu peut diff rer En revanche certains crit res tels que la robustesse des performances ou encore la marge cumul e par EDF ont t difficiles quantifier dans le cadre de nos applications Les diff rents fichiers d interfa age REFLEX sont renseign s et le nouvel outil REFLEX Bio a t d velopp Selon le b timent tudi le tableau des performances diff re 179 Tableau 55 Processus de transformation de l outil REFLEX en REFLEX Bio REFLEX REFLEX BIO Pour l enveloppe les composants e les toitures plates o les toitures iclimees Fen tres performantes S j ae ccur Isolation transparente S e les planchers a Mur Trombe 5 Pour les syst mes Paito Canadien E le chauffage central Ventilation nocturne le chavtfage clectque Mat riaux Changement de e les pompes chaleur Phase e l eau chaude sanitaire 75 e la climatisation Volets e la ventilation Co t de l op ration Gain financier r alis par le client Code lop akon Augmentation de la marge cumul e EDF Recheio d s besoins R duction de la consommation nerg tique aeea annuelle ar D Certificats d conomies d nergie obtenus par EDF Giants een 7 ee l op ration R duction des missions annuelles de CO2 Amelioration Fail confort U Qualit environnementale de l op ration He Am lioration du confort d hiver haa Ol
227. mantes TIM devraient syst matiquement s accompagner de dispositifs ad quats tels que les protections solaires et l inertie solutions r currentes sur le logement collectif et la maison individuelle L identification des solutions climatiques a t r alis e sur la maison individuelle les TIM Lille et Marseille la serre Lille les solutions favorisant l inertie et le puits canadien a Marseille Le dimensionnement des TIM de la serre et du mur capteur accumulateur a t effectu par l outil d optimisation Une isolation classique a t install e pour mod liser l am lioration des performances thermiques de la toiture Une perspective int ressante consisterait a tudier les effets d une toiture v g talis e sur l am lioration des indicateurs retenus Enfin les diff rentes solutions ont t compar es Le choix de ces solutions repose sur une analyse visuelle des graphiques solutions r duisant au mieux les besoins en chauffage tout en favorisant l am lioration de l indice de confort d t Celles qui semblent constituer un bon compromis sont les suivantes pour le logement collectif l installation de fen tres performantes et de mat riaux isolation transparents associ s la ventilation naturelle Lille tandis qu Marseille c est la m me combinaison qu Lille laquelle on adjoint des stores opaques ou encore des MCP pour la maison individuelle l installation de fen tres per
228. matique Protections solaires Dispositifs climatiques MCP Mur Trombe Capteur a air Isolation transparente PLANCHER PLANCHER Inertie Isolation Figure 20 Association des l ments du batiment aux dispositifs classiques et climatiques Il a sembl int ressant de distinguer les solutions agissant sur les l ments de l enveloppe fen tres murs toiture plancher ventilation des syst mes l ments venant en 40 Elle peut se situer en amont de la d marche intellectuelle de l analyse d aide la d cision propos e en perspectives cf 8 82 compl ment pas n cessairement connect s l enveloppe Ainsi pour les cas d application pr sent s dans le chapitre 7 les syst mes consid r s sont les suivants le puits canadien la serre et le mur capteur accumulateur Les l ments de l enveloppe tudi s sont les fen tres performantes les protections solaires l isolation transparente les mat riaux changement de phase L homme d tudes aura loisir d toffer sa biblioth que de composants bioclimatiques en se tenant inform des meilleures technologies disponibles Une m thode d optimisation est retenue pour le dimensionnement de certaines Elle est bas e sur des crit res nerg tiques et est d velopp e dans la partie suivante L avantage de la distinction entre solutions agissant sur l enveloppe et syst me r side dans le fait que la premi re cat gorie peut tre direc
229. mental Des pr judices sont provoqu s tous les stades de transformation de l nergie pollution de lair risques de changements climatiques d forestation pluies acides production de d chets dangereux sans solution de traitement aujourd hui Giec 2007 Aspo 2007 4 M thode experte par les plans d exp riences en r habilitation 21 Introduction g n rale Social et sanitaire L environnement construit constitue un support d terminant du bien tre et des relations sociales L environnement int rieur a un impact direct sur la sant des occupants ceci d autant plus qu un europ en moyen passe 80 de son temps dans des espaces b tis Epfl gt 2005 Economique Symbole du succ s de la civilisation productiviste h rit e de la r volution industrielle la construction n cessite des investissements tr s lev s de 10 12 du produit national brut selon les pays Laponche 2004 Le secteur du b timent g n re une part importante des emplois dans les seuls pays de l Union Europ enne Platat 2007 note m me que dans le secteur du b timent on peut compter d apr s les estimations de l ADEME sur 100 000 emplois nouveaux en France si un grand plan de r novation des b timents existants est lanc Politique la diminution des quantit s de p trole disponible va entra ner des bouleversements importants qu il est n cessaire d anticiper Aspo 2007 La production d nergie est la cause
230. ments r sidentiels existants dont la r novation constitue une priorit Des prospections montrent que le plus grand gisement se situe au niveau de l enveloppe Elles distinguent par ailleurs diff rents niveaux de r novation Parmi ces niveaux la r novation diffuse est la plus r pandue notamment le changement de fen tres Le march de la r novation de l habitat repr sente 53 milliards en 2005 90 des travaux sont command s par les m nages 8 par les organismes d habitat social 2 par des bailleurs personnes morales priv es Cah 2006 L tat de l art r alis a mis en exergue le manque de m thodologie permettant de d finir les priorit s d interventions int grant les solutions bioclimatiques sur l enveloppe d un b timent r sidentiel existant En outre les solutions bioclimatiques bien que largement d velopp es sous l aspect architectural sont rarement analys es sous l angle thermique au niveau de ce type de b timent Quelle d marche adopter quand on souhaite r nover un b timent en y int grant des solutions bioclimatiques Au pr alable les solutions pouvant s int grer sur un b timent existant sont identifi es en fonction du niveau de r novation Ces dispositifs d coulent d une tude approfondie des strat gies climatiques indissociables des syst mes pour atteindre les objectifs fix s Ces strat gies remettent au go t du jour le bon sens perdu durant notamment les Trente glorieuses qui ont vu l mer
231. mme d tudes se doit de conna tre les solutions associ es aux diff rents l ments Elles sont recens es dans les tableaux suivants ces tableaux ne se veulent pas exhaustifs mais proposent une diversit de choix de solutions Sur chaque l ment du b timent les diff rentes strat gies bioclimatiques associ es sont list es ainsi que les dispositifs correspondants L approche bioclimatique consiste certes tudier la structure m me du b timent mais galement l impact du climat et de l environnement sur son comportement Ceci sous tend que les l ments ext rieurs tels que la v g tation les b timents avoisinants etc se doivent d tre analys s Ils figurent donc en l ment ext rieur 68 Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 8 Association des strat gies et dispositifs climatiques aux facades transparentes de l auteur Strat gies El ments Actions Dispositifs R gler des ouvertures dans les Ouvertures auto ou hygro Fen tre A Z fen tres existantes r glables Fen f t f 7 Changer pour de nouvelles fen tres mee Poe 1c Fen tre annexes avec ouverture auto avec ouvertures 2 r glable Fen tre Chariger Po ey typ de Fen tre performante fen tre ou de vitrage Fen tre Augmenter l inertie de la fen tre Fen tre MCP cf annexes Isolation Am liorer les Vitrage peu missif performances thermiques des fen tres Ajout
232. n tres performantes Stores Inertie Fen tres performantes TIM Inertie TIM inertie Fen tres performantes inertie Fen tres performantes TIM Stores Ventilation naturelle TIM Stores Ventilation naturelle Fen tres performantes Stores Ventilation naturelle Fen tres performantes TIM Ventilation naturelle l TIM Ventilation naturelle Fen tres performantes Ventilation naturelle Fen tres performantes TIM Stores TIM Stores Fen tres performantes Stores Fen tres performantes TIM TIM Fen tres performantes B timent non r nov R sultats de l application de la m thodologie i E Indice de confort d t E Besoins de chauffage oO a 30 35 40 45 50 k oO a D D a Figure 60 Comparaison des diff rentes solutions pour le logement collectif situ Marseille Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard 144 7 2 M thodologie appliqu e a une maison individuelle construite en 1966 Ce b timent correspond la troisi me grande p riode de construction qui va de 1945 a 1974 date de la premi re r glementation thermique C est le d but des Trente Glorieuses p riode de reconstruction rapide apr s la seconde guerre mondiale Face a la multiplication des cit s dortoirs d s 1966 une majorit de francais aspire au pavillon individuel Grauli re 2005 rep re une seule f
233. n g n ral date de construction typologie nombre d occupants l enveloppe du b timent clairage les appareils lectrom nagers x L int gration de solutions bioclimatiques pousse a compl ter cette d marche par des l ments d ordre comportemental du type Ouverture des fen tres ou non mais aussi environnementaux pr sence de vis a vis ou non conditions climatiques afin de bien reformer le trio Habitants Habitat Habitudes 44 Phase 2 Approche par l ments du batiment Le batiment est vu comme tant une association d l ments plancher mur ext rieur mur int rieur fen tres toiture ventilation l ments ext rieurs L homme d tudes peut alors caract riser les facteurs qu il souhaite analyser par plusieurs biais Par une approche qualitative prenons l exemple des fen tres on peut consid rer en niveau bas les anciennes fen tres en niveau haut des fen tres performantes Par une approche quantitative en associant un ou plusieurs param tre s thermo physique s ind pendants un l ment Quelques param tres thermo physiques sont recens s dans le tableau suivant 67 Tableau 7 Exemple de param tres thermo physiques associ s aux diff rents l ments de l auteur El ments Param tres thermo physiques Symboles Unit s Transmission lumineuse Tl Fen tres Facteur solaire g Coefficient de d perdition
234. n individuelle existante Marseille TIM d signant les mat riaux d isolation transparents de l auteur Th se de doctorat C FLORY CELINI 1 3 3 Choix des solutions bioclimatiques sur les b timents anciens La question r currente a t de savoir comment choisir les solutions bioclimatiques parmi la multitude de dispositifs disponibles Un premier tri est d abord effectu en fonction du niveau de r novation Ceci tant il peut demeurer de nombreuses solutions tester Une m thodologie a donc t d velopp e elle permet de d terminer les l ments influents de l enveloppe du b timent Face ces l ments l homme d tudes peut alors proposer des solutions bioclimatiques associ es De quelles possibilit s dispose l homme d tudes confront un b timent r nover sur lequel il souhaite int grer des solutions bioclimatiques L tat de l art nous a permis d identifier les solutions ainsi que les m thodologies disponibles et de mieux cerner leur cadre d application Il est pr sent dans la partie suivante 32 Universit Claude Bernard 2 ETAT DE L ART L analyse bibliographique recense les diff rentes m thodes et m thodologies glan es dans la litt rature cf 2 1 d une part et les principes bioclimatiques cf 2 2 associ s aux niveaux de r novation identifi s cf 2 3 d autre part Pour les m thodologies il existe deux grandes familles les guides et les outils
235. n pas de temps de 2h 6 7 Conclusions sur les sp cificit s li es la mod lisation La mod lisation des b timents anciens n cessite l int gration de param tres sp cifiques tels que l humidit ou encore la prise en compte de parois paisses A cet effet des tudes sp cifiques ont t r alis es sous TRNSYS N gliger certains ph nom nes comme l influence de l paisseur des mat riaux agissant sur la pr cision des r sultats peut entra ner des erreurs de calcul et par cons quent des analyses biais es Pour les paisseurs de parois mises en jeu dans le cadre des applications un pas de temps de deux heures a t retenu D autres influences m riteraient d tre int gr es comme l volution de la tache solaire D autres consid rations plus g n rales ont t int gr es comme les charges internes ou encore la mod lisation de la toiture inclin e sous TRNSYS Toutes ces hypoth ses sont maintenant exploit es afin de d crire au mieux les b timents de r f rences dans le prochain chapitre 120 7 APPLICATION DE LA METHODOLOGIE SUR LES BATIMENTS DE REFERENCES Sur le logement collectif de 1900 et la maison individuelle de 1966 les diff rentes tapes de la m thodologie sont maintenant d clin es en consid rant deux zones g ographiques Lille situ e au Nord de la France avec un climat oc anique et une ville du Sud Marseille avec un climat m diterran en Elles sont suivies de l ana
236. n voit appara tre les premiers textes Elle renforce les exigences de performances minimales lors du remplacement de composants de l enveloppe ou d quipements nerg tiques Elle impose galement pour les op rations importantes des tudes pr alables de solutions durables Ces tudes seront prescrites partir du ler janvier 2008 dans le neuf et du 1er avril 2008 pour les r habilitations lourdes Enfin les b timents publics d une certaine taille devront afficher un diagnostic de performance nerg tique partir du 2 janvier 2008 Un fort potentiel d conomies d nergie est possible dans le patrimoine b ti notamment dans les b timents datant d avant la premi re r glementation thermique de 1974 Ces b timents sont tr s nergivores et leur consommation d nergie est estim e 1 6 fois plus grande que celle des b timents neufs Orselli 2005 Par ailleurs contrairement une id e largement r pandue rappelons que le chiffre de 1 1 5 n est pas le taux de renouvellement du parc Il comprend d une part l accroissement du parc et d autre part le renouvellement proprement dit li la destruction d une fraction du parc existant Pour le r sidentiel le renouvellement du parc li la destruction de logements ne repr sente qu environ 3 pour mille du parc existant Prebat 2006 0 1 0 2 par an selon les chiffres du Grenelle Il est donc urgent de se focaliser sur la r novation durable
237. nale permet de simplifier des mod les des fins de rapidit de calcul Barhoun 2006 Le b timent est ainsi repr sent par un ensemble de n uds repr sentant des pi ces ou un groupement de pi ces qui communiquent par des liens avec l ext rieur et avec l int rieur changes entre pi ces La mod lisation se caract rise par la d finition d un n ud par zone Les lois r gissant les transferts a rauliques entre zones sont g n ralement des lois de puissance qui donnent le d bit d air en fonction de la diff rence de pression Les coulements analys s dans cette tude ont lieu entre les diff rentes zones du b timent et l ext rieur travers les A 49 50 ouvertures volontaires ou accidentelles de l enveloppe Barhoun 2006 note que Feustel et al 1992 ont recens en 1992 plus de cinquante mod les utilisant l approche nodale dans le monde d velopp s entre 1966 et 1989 Parmi les tudes men es pour valider ces mod les il retient le travail de Haghighat 2003 qui a port sur la validation de trois principaux mod les l aide de donn es exp rimentales et de mesures 48 Fissures conduits ouvertures ou syst me de ventilation m canique 49 Entr e d air bouches d a ration conduites de chemin e 50 infiltrations d air par les fen tres ou portes fissures dans les parois opaques 100 Mise en oeuvre de la m thodologie sur site COMIS Conjuction of Multizone Infiltration Specia
238. ncore en int grer un nombre plus important il se trouve confront aux limites des plans d exp riences Ceci tant la litt rature lui propose plusieurs m thodes de comparaison d indicateurs Nous en avons retenu une c est l analyse multicrit res par l approche de surclassement de synth se Dans la d marche intellectuelle de cette analyse il est n cessaire d identifier les actions efficaces les plans d exp riences peuvent alors constituer un outil satisfaisant cette tape A cet effet nous avons d velopp un outil d aide la d cision REFLEX Bio qui int gre des solutions bioclimatiques et dont les actions efficaces en terme d efficacit nerg tique sont d termin es par la m thodologie MEXPER 8 1 Introduction Initialement les solutions classiques et durables ont t test es Vu la redondance avec l outil d velopp par EDF R amp D REFLEX cf 2 1 il a sembl pertinent de se focaliser sur les solutions bioclimatiques Ceci tant dans la m thodologie propos e l homme d tudes aura loisir d int grer toutes les solutions qui lui semblent appropri es Les plans d exp riences ont permis de donner les priorit s de r novation en terme nerg tique et de confort Ces deux approches sont maintenant compl t es par l int gration d autres crit res conomique environnemental besoins en refroidissement qualit de l air et nuisance des travaux C est maintenant au d cideur de r aliser s
239. niques de construction apparues et d velopp es entre la fin du XIXe si cle et les ann es de l entre deux guerres acqui rent leur maturit M me dans les petits programmes de construction comme pour les productions de maison individuelles le recours au calcul de structures et l application des techniques contemporaines ont consacr la disparition des techniques locales et traditionnelles On r habilite alors rarement les b timents et les quartiers anciens on les remplace Notons l importance de cette p riode elle caract rise en effet la fin d une architecture r gionalis e pour des mod les de construction homologu s diffusion nationale 93 Tableau 19 Caract ristiques des parois de l auteur R sum descriptif Mat riau Fouilles en rigoles pour fondations et en excavation pour Terrassement Non int gr cave et descente de garage 5 Planch B ton de PE sen Rigoles en b ton de cailloux fondations cailloux Refend int rieur Parpaing 3 F re 6 5 et facade Parpaing plein de 0 20 d paisseur plein Porte Porte de garage ch ne Bois lourd Dito sans isolation thermique Sols carrelage gr s c rame Hourdis Planchers sols dans cuisine salle d eau WC entr e Parquet ou linol um b ton dans les autres pi ces cariante carrelage Carrelage 3 Cloison en Parois verticales Au rez de chauss e refend en parpaing creux de 12cm Ver int rieures d
240. novations et la complexit de ses acteurs Ainsi on y d couvre que les principales op rations d conomies d nergie se font par de la r novation diffuse li e l obsolescence de deux grands groupes de composants du b timent les vitrages et huisseries 40 des travaux et les chaudi res 40 des travaux L application de concepts g n raux comme celui de r habilitation ou de r novation au domaine nerg tique doit se faire de facon tr s prudente Comme pr cis par ailleurs bien que les termes r habilitation renovation ou encore entretien n aient pas de d finitions pr cises et que l un ou l autre des deux premiers soit utilis dans le sens le plus g n ral Orselli 2005 distingue la r habilitation qui suppose des travaux extr mement lourds notamment de gros uvre sur l ensemble d un immeuble g n ralement collectif et dont l application au secteur pavillonnaire est peu pertinente la r novation qui peut consister la remise en tat d un logement individuel ou situ dans un immeuble collectif sans intervention majeure sur le gros uvre la r novation diffuse constitu e de toutes les interventions partielles tal es dans le temps changement de chaudi re changement de fen tres ou d huisseries interventions sur les toitures r fection de fa ade etc les travaux d entretien sont difficiles d finir L entre
241. ns les diff rentes zones pr d finies du b timent La simulation thermique dynamique permet de prendre en compte l inertie thermique du b timent les ponts thermiques le comportement des usagers et des solutions propos es sur les diff rentes r ponses retenues et notamment les besoins de chauffage Ces derni res remarques justifient que la d termination des besoins et des autres r ponses est sp cifique l outil de simulation thermique du b timent choisi Une autre r ponse pourrait tre l am lioration du confort d hiver Vu l utilisation fr quente de syst mes actifs Afnor 2007 propose de baser les crit res d ambiance thermique sur les indicateurs de confort thermiques PMV PPD Predicted Mean Vote Vote moyen pr visible Predicted Percentage of Dissatisfied Pourcentage pr visible d insatisfaits avec des niveaux types donn es d activit et d isolation thermique des v tements Dans la caract risation du confort d t nous avons retenu l approche adaptative et nous en justifierons les raisons 4 5 2 2 Indice de confort d t Plusieurs approches peuvent caract riser le confort le polygone de confort le nombre d heures sup rieures un certain seuil g n ralement en t le PPD le PMV ou encore l approche adaptative Les deux derni res sont les pr valentes selon Energy Agency 2007 Pour la caract risation du confort d t une premi re analyse a t effectu e avec le PMV et des r sult
242. nt paisse si l on conserve une fen tre simple vitrage L isolation de la fa ade et l assainissement des fen tres doivent tre planifi s conjointement ceci pour les raisons suivantes _ Les embrasures ne peuvent tre isol es que si la largeur du cadre laisse suffisamment de place pour le faire _ Avec des fen tres plus tanches sans ventilation appropri e l humidit de l air int rieur augmente ce qui accro t le risque de condensation au niveau des ponts thermiques La masse thermique Pour le chauffage la masse thermique devrait tre ajout e o le rayonnement solaire d hiver est d j disponible La masse thermique peut galement tre situ e pr s d un radiateur Pour se refroidir la masse thermique doit tre prot g e contre le soleil d t et tre expos e aux brises de refroidissement de nuit La masse thermique doit tre employ e en m me temps que la bonne conception passive afin de travailler efficacement Elle doit tre associ e des dispositifs d ombrage pour la prot ger contre le soleil d t Sa capacit d absorber et re rayonner la chaleur avec un grand d phasage signifie que pendant l t ou sous les climats chauds elle peut tre une source de chaleur f cheuse longtemps apr s que le soleil se soit couch Ne pas couvrir de moquette ou tapis isolant les surfaces en b ton qui sont expos es au soleil d hiver La surface de plancher peut tre couverte de c r
243. nt aux savoir faire et aux mat riaux r gionaux utilis s Ces logements ont pour la plupart subi des remodelages r guliers Comme le note Joffroy 1999 La r habilitation des logements collectifs et individuels s inscrit en effet dans un processus d volution continu au cours duquel l habitation a depuis cent cinquante ans enregistr un un tous les acquis du progr s Cette remarque est galement valable pour le travail effectu ici qui s int gre enti rement dans ce processus Elle pr cise par ailleurs comme Le Corbusier l avait fait auparavant dans la Charte d Ath nes Le Corbusier 1957 que les formes du b timent ancien d pendent d une triple syntaxe la syntaxe constructive bas e sur la port e des solives de plancher la syntaxe de situation c est dire la compr hension de l ordre urbain ou rural dans lequel le b timent s inscrit et la syntaxe d usage qui d termine les fonctions int gr es au b ti Il est noter que cette d clinaison de syntaxe se retrouve globalement dans les strat gies bioclimatiques Grauli re 2005 note qu il est possible de distinguer deux p riodes une p riode o les mat riaux locaux sont utilis s et l autre fin XIX me et tournant du XX me si cle dans 90 laquelle les mat riaux industriels commencent a se g n raliser Elle note galement ce qui caract rise ces immeubles collectifs parois continues lourdes en ma onnerie de pierre et ou de briques pleines
244. nt collectif Marseille L effet b245 est peut tre actif en vert les autres en bleu sont probablement inactifs selon l approche de Lenth Selon la repr sentation graphique Normal Plot et Half Normal Plot on peut conclure que cet effet est tres probablement actif Probabilte A Figure 55 Repr sentation graphique Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour logement collectif Marseille On commence toujours par l effet le plus indic dans cet exemple b245 Si b245 est actif alors on ne peut pas interpr ter ind pendamment tous les effets d ordre moins lev comportant uniquement seul ou en combinaison les indices 2 4 et 5 Dans notre exemple b24 b25 b45 b2 b4 et b5 La Figure 47 la Figure 54 et la Figure 55 montrent que les effets b25 b24 et b45 sont probablement inactifs L effet b245 est analys ci dessous cf Figure 56 Quand le facteur U2 Type de fen tres est au niveau bas simple vitrage l effet de la ventilation naturelle du niveau 1 au niveau 1 est pratiquement nul si Umur est de 0 60 W m2 K 9 92 gt 10 73 mais cet effet est positif pour Umur 2 W m K 9 29 gt 14 90 On peut aussi dire que pour une ventilation naturelle au niveau 1 l effet de Umu est pratiquement nul 9 29 9 92 alors que pour une ventilation naturelle au niveau 1 l effet de Umu est n gatif 14 90 gt 10 73 Quand le facteur U2
245. nts en une heure o n Ati o occupants est le nombre d occupants du b timent o Act est l activit des occupants unit met o 0 25 est le nombre de litre de CO2 produit en une minute par unit d activit unit min met o La multiplication par 60 permet de changer l unit de temps passer de minute heure Le d nominateur de la fraction est gal au d bit d air parcourant le b timent en une heure o o T est le taux de renouvellement d air unit vol h y o veni est le volume du b timent 183 L tude int gre le traitement a raulique par le biais de TRNFLOW TRNFLOW 2006 qui propose un panel cons quent de sorties dont le d bit en kg s TRNFLOW fournit directement le d bit d air soit pour une pi ce soit pour tout le batiment C est cette derni re sortie qui nous int resse La fraction est multipli e par 1000000 afin de passer en unit ppm nombre de parties par million Deuxi me tape Attribution d une note en fonction de la concentration en CO2 l int rieur du b timent Selon la concentration calcul e on attribue une note a la qualit de lair int rieur en comparant la solution au b timent non r nov La note attribu e est indiqu e dans le tableau ci dessous cf Tableau 58 Tableau 58 Notes attribu es en fonction de la concentration en CO2 Concentration calcul e par rapport au batiment non r nov
246. o de Trappes donn es m t os TMY2 Le traitement de cette partie est r alis sous forme d exercice Le premier b timent est trait de fa on classique en consid rant des fa ades lourdes de 50 cm Pour le deuxi me b timent l id e est de d composer chaque fa ade inerte de 50 cm en une zone virtuelle de volume n gligeable compos e de deux fa ades de 25 cm avec un fort coefficient convectif entre elles TRNSYS tant cens ne pas avoir de probl me avec les murs de cette paisseur 25 cm Les changes de chaleur au sein d une paroi solide s effectuant essentiellement par conduction Il semble int ressant d analyser au pr alable la mod lisation des parois opaques sous TRNSYS 114 6 6 1 Mod lisation des murs sous TRNSYS des Outside Inside las Ts drs o res Figure 34 Flux de chaleur surfaciques et temp ratures dans TRNSYS TRNSYS 2004 La mod lisation des murs est bas e sur la relation de Mitalas Mitalas 1970 d finit de surface surface C est une m thode qui s appuie sur l analyse dynamique des changes de chaleur qui permet de calculer avec une bonne pr cision la conduction dans les murs en r gime transitoire Chaque mur est consid r comme une boite noire et est d fini par quatre coefficients qui refl tent son comportement thermique Le calcul de ces coefficients int gre les propri t s de chaque couche constituant le mur L incr ment de temps utilis est de
247. ogements de r f rence Concernant la caract risation du parc de logements francais rares sont les tudes consacr es a ce sujet Partant de ce constat une m thode de travail a du tre formalis e vu la difficult de prendre en compte toutes les morphologies dans le bati ancien et de leurs particularit s r gionales nous nous sommes demand s si l analyse des consommations r gionales pourrait permettre de d gager les r gions fran aises les plus nergivores en veillant s parer les consommations des maisons et des appartements Dans chaque cat gorie maison individuelle ou immeuble collectif trois r gions les plus consommatrices auraient pu alors tre identifi es Pour ces r gions les carnets Connaissance de l habitat existant regroupant les principales caract ristiques des b timents anciens dit s par EDF nous auraient alors donn les typologies correspondantes De ces arch types nous aurions donc d fini nos mod les de r f rence 5 2 1 Introduction Les informations sur les consommations du parc fran ais par p riode de construction des b timents r alis es par le CEREN Ceren 2004 et disponibles EDF R amp D ont pu tre analys es cet effet Nous avons tent de voir s il existait une corr lation entre les consommations nerg tiques et les degr s jour unifi s DJU Les degr s jour permettent de d terminer la quantit de chaleur consomm e par un b timent sur une p riode de
248. oi la DGUHC a lanc des tudes destin es tablir une typologie de b timents dans le domaine du logement La r alisation de cette typologie est complexe les b timents construits avant 1975 tant essentiellement caract ris s par une r gionalisation architecturale cf Figure 15 et Figure 16 A l heure de la r daction de ce manuscrit cette typologie n est pas disponible L id e est de l exploiter en appliquant la m thodologie aux b timents identifi s et de r aliser un nombre de simulations compl mentaires afin qu elle devienne g n rique Cette synth se peut repr senter un annuaire de recherche pour l homme d tudes Minnaert 2008 Energie Cit s 2003 Figure 16 Exemple de typologie de logements collectifs anciens en France Dans les applications propos es la plus grande pr cision des donn es a t recherch e notamment plan de masse composition des parois opaques mat riau et paisseur 26 Cette synth se n int gre pas les tudes pr cit es Elles sont en effet soit vis e architecturale soit ant rieure la d cennie coul e Th se de doctorat C FLORY CELINI 65 Universit Claude Bernard caract ristiques des parois vitr es simple vitrage double double peu missif menuiserie associ e mode constructif pour essayer de d terminer les ponts thermiques et leur m trage lin aire et les infiltrations d air parasites perm abilit du b ti
249. oins transparente voire opaque Ces valeurs sont maintenant indiqu es dans la borne sup rieure des plans d exp riences 61 Le manuel de TRNSYS TRNSYS 2004 sp cifie en effet que les mat riaux isolation transparents sont trait s comme des fen tres normales sous TRNSYS avec des donn es correspondantes 62 Elles sont tir es de IEA 1997 63 Ces mat riaux se r f rent au Tableau A 52 de la partie sur les dispositifs climatiques cf Annexes 129 7 1 6 Plans d exp riences sur le logement collectif Les plans d exp riences sont maintenant r alis s en consid rant six facteurs a deux niveaux Plusieurs plans ont t effectu s Nous avons tout d abord distingu la saison froide de la saison chaude Pour chaque p riode il tait n cessaire de r aliser des simulations La diff rence entre les deux p riodes r sidait au niveau du facteur solaire des fen tres les valeurs des bornes taient invers es et galement au niveau de la ventilation Pour cette derni re un b timent compl tement calfeutr tait consid r en hiver tandis qu en p riode chaude la ventilation naturelle tait retenue Pour des raisons de commodit s et de simplification des r sultats d une part et de fa on se rapprocher du comportement r el d autre part pour la ventilation il a finalement t d cid de consid rer le b timent existant en borne inf rieure et un b timent avec des bandes de calfeutrement sur lequel
250. oiture Plancher SEE TIM Toiture Serre EE TIM Plancher Serre T E FP Toiture Plancher PEE I j FP Toiture Serre DD I i i FP Plancher Sere D 2 i i i i i Toiture Plancher Sere Te TIM FP Toiture Plancher SEEE TIM FP Toiture Serre PEE TIM FP Plancher Serre TE FP Toiture Plancher Serre GEESE SE PPH ij i TIM Toiture Plancher Serre EEEE i i i I j TIM FP Toiture Plancher Serre Indice de confort d t 0 20 40 60 80 100 120 Figure 87 Comparaison des diff rentes solutions pour la maison individuelle situ e Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI 167 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie Besoins de chauffage kWh m 20 40 60 80 100 120 140 160 B timent non r nov SS ee eae TIM EE N Fen tres performantes FP d l l l l l l Toiture e 1 1 l l L 1 l l Stores EN TT MCP Ventilation naturelle VN eee TIM EA e a il TIM Toiture QS ES TIM MCP T l l l l I l I TM VN ms I I l I l I I l l l FP
251. olar Energy and Environment Electricit de France Federation Fran aise du B timent Groupe intergouvernemmental d experts sur le Climat Habitations a bon march Habitations a loyer mod r Haute performance nerg tique Haute qualit environnementale Mat riau a changement de phase M thode experte par les plans d exp riences en r habilitation Mission interminist rielle de l effet de serre Office public d am nagement et de construction Predicting Mean Vote Programme de recherche et d exp rimentation sur l nergie dans le batiment Poly chlorure de Vinyle R nover Efficacement des Logements Existants R glementation thermique Tr s haute performance nerg tique Transparent insulation material mat riau isolation transparente Vitrage isolation renforc e Ventilation motrice contr l e 14 RESUME L objet de ce travail de th se est d analyser la fa on dont peuvent s int grer des dispositifs bioclimatiques sur un b timent existant par le biais des plans d exp riences pour un faible nombre de crit res et dans les autres cas de l analyse multicrit res Les solutions propos es d coulent dans l approche d velopp e d une m thode math matique permettant de d finir les priorit s d interventions La conception bioclimatique se d cline donc sous forme de strat gies d hiver et d t Ainsi face ces strat gies pour lesquelles le challenge relever consiste trouv
252. ome actions according to energetic and economical criteria This methodology has been used on two reference buildings The software TRNSYS has been chosen because you can find many bioclimatic devices in its data bank The air flow is taken into account thanks to the wind flow study software linked to TRNSYS TRNFLOW 17 The simulations made lead us to different recommendations according to the geographic zone In the North solutions taking into account the cold are chosen solutions such as high performance windows transparent isolating material or greenhouses all of those solutions improve summer comfort as well In the south winter recommendations go with solutions improving summer comfort high performance windows associated with adequate protections or improving inertia processes Solutions reducing heating needs can be promoted and developed all over the country But as far as summer comfort is concerned the recommendations strongly depend on the types of building and climate This thesis aimed at going beyond the conventional studies which consisted either in proposing a list of measures or studying a few cases We also wanted to develop a methodology adapted to any building which could give the researcher the opportunity of comparing bioclimatic solutions using the smallest number of simulations Finally this analysis is a meeting point between building thermal science architecture and mathematical methods experience plan optimization
253. on temp rature Rayonnement Limiter les gains solaires Evaporation Favoriser le refroidissement par vaporation Evapotranspiration Favoriser le refroidissement par la R cup ration de la chaleur latente v g tation Limiter les gains externes Favoriser le refroidissement par rayonnement nocturne ssil Limiter les gains internes Pour illustrer ce propos la Figure 9 montre comment se d compose le comportement thermique d un local et la fa on dont ces param tres sont g n r s tout comme dans le cas des strat gies de chaud par l utilisation de chauffage solaire passif six conditions sont essentielles toute strat gie de refroidissement passif qui traduisent l action sur les param tres cit s ci dessus l action sur la morphologie du b timent forme architecturale la protection contre le rayonnement solaire isolation thermique et protections solaires la minimisation des gains internes la dissipation des surchauffes et le refroidissement des locaux en tirant partie de l environnement Il ressort de cette approche qui consiste distinguer les strat gies d t et d hiver qu il vaut mieux les regrouper car certains principes tels que l clairage naturel ou encore la v g tation s appliquent ces deux p riodes cette premi re approche excluant par ailleurs yctorat C FLORY CELINI 42 Etat de l art les mi saisons Ainsi une strat gie profitable qu il
254. on choix gr ce la m thode d aide la d cision Nous avons d velopp un outil Reflex Bio avec le soutien de M Pasanisi au sein d EDF R amp D qui utilise les simulations dict es par les plans d exp riences et donne une vue globale sur les performances des solutions retenues Ce dernier outil utilise d autres indicateurs comme la concentration en CO2 de l air le co t de l op ration la qualit environnementale de l op ration et la nuisance des travaux Les crit res d valuation sont alors compar s parmi les crit res pr cit s L tape ultime est la r alisation d un outil d aide au choix des diff rentes solutions prioritaires mettre en uvre par le biais de l analyse multicrit res 173 Perspectives Nombre de crit res importants La structure de l outil cr est bas e sur celle de REFLEX Pasanisi et al 2008 dont l approche est r sum e ci apr s Azar et al 2007 Avant toute chose il s agit d tablir une saisie des donn es du b timent r nover Plus les donn es sont pr cises meilleure est l analyse du b timent Par cons quent il s agit d tablir le meilleur compromis entre l importance accept e de la proc dure d acquisition des donn es et l impr cision tol r e des r sultats des simulations Lorsque les donn es du b timent sont connues les performances nerg tiques du b timent existant peuvent tre valu es Ces performances avant r novation permettent d
255. on transparents Envirobat 2007 7 2 8 Comparaison des solutions bioclimatiques sur une maison individuelle construite en 1966 Les solutions sont compar es et les r sultats sont pr sent s sur la Figure 87 et la Figure 88 Dans les deux zones g ographiques les dispositifs favorisant le meilleur compromis sont l installation de fen tres performantes FP de mat riaux isolation transparents TIM et l isolation de la toiture associ s Lille l isolation du plancher tandis qu Marseille ces solutions sont combin es l installation de stores opaques ou encore d un puits canadien VN Th se de doctorat C FLORY CELINI 166 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie Besoins de chauffage kWh m 0 50 100 150 200 250 300 350 B timent non r nov Fen tres performantes FP PEET Toiture aaa eres Plancher TT Sn i Sn Sal Serre a TIM FP sn 7 l i TIM Toiture T T j TIM Plancher P i i i TIM Serre DR FP Toiture B FP Plancher a i i FP Serre PE Toiture Plancher ESS Toiture Serre SEE l l l l l l l l l l l l l l l I I Plancher Serre nn a l T l l l l l l l l l l i l l l l l l l i TIM FP Toiture ji TIM FP Plancher TEE i TIM FP Serre en TIM T
256. ons de r novation valuer et analyser Les simulations effectu es se basent toutes sur des mod les d j r duits de b timents o seules l isolation et les surfaces sud quivalentes vitr es pour les apports solaires sont des param tres du b ti sur lesquels il est possible d intervenir Ensuite les syst mes disponibles sont appliqu s sur le mod le r duit choisi de b timent instanci de ses param tres d isolation et d apports solaires Tout cela constitue un catalogue de solutions possibles qui peut engendrer une explosion combinatoire Un premier filtrage consiste tudier le gain d efficacit nerg tique de la solution tudi e par rapport son co t d investissement De fa on similaire Kaklauskas et al 2004 s est attach appliquer les m thodes d analyse multicrit res dans le cadre de la r novation de b timents publics L avantage de cette m thode est d int grer de nombreux crit res et de choisir parmi un tr s grand nombre de solutions les plus performantes Nous avons dans cette tude afin d int grer les solutions bioclimatiques opt pour les mod les d taill s et pr f r nous focaliser sur la r duction du nombre de simulations Le dessein est d aller au dela des tudes conventionnelles consistant donc soit proposer un catalogue des solutions classiques ou encore a r aliser des tudes de cas mais bien de d velopper une m thodologie incluant des solutions bioclim
257. onstruit en 1900 et une maison individuelle construite en 1966 Nous d taillerons les b tis retenus dans le chapitre 7 Sur ces derniers le choix des solutions bioclimatiques se fait parmi les suivantes fen tres performantes serre mur capteur accumulateur mat riaux changement de phase mat riaux isolation transparents changeur air sol protections solaires et ventilation nocturne Le choix des outils a t justifi Ainsi ces solutions et le b timent sont mod lis s via TRNSYS et les ph nom nes a rauliques via TRNFLOW Les plans d exp riences sont r alis s par le biais de NEMROD et l optimisation par GenOpt module TRNOpt sous TRNSYS Concernant la mod lisation du b timent quelques sp cificit s consid r es dans cette tude sont indiqu es dans la partie suivante 51 Rappelons que les mat riaux changement de phase et le puits canadien n cessitent des traitements diff rents Dans le premier cas la mod lisation d un MCP disponible sur le march impose une certaine paisseur d j optimis e Kuznik et al 2006 Pour le puits canadien les r gles de dimensionnement de Hollmuller Hollmuller 2000 sont retenues 103 Hypoth ses de simulation Th se de doctorat C FLORY CELINI 104 Universit Claude Bernard 6 HYPOTHESES DE SIMULATION UTILISEES POUR LES CAS D ETUDES Pour les solutions retenues et pr sent es en annexe fen tre serre mur capteur accumulateur ven
258. ontort d hiver Qualit environnementale de l op ration R duction des besoins en refroidissement Am lioration du contort d t Am lioration de la qualit de l air int rieur Nuisances des travaux 4 o Q E Q a a l 2 3 a ic 0 o 0 Figure 93 Pr sentation de l interface pour les crit res Besoins en chauffage et Indice de confort d t Th se de doctorat C FLORY CELINI 189 Universit Claude Bernard Perspectives Nombre de crit res importants Tableau comparatif des r sultats Cete oa Sol 0017 VENO1VENO2 49 0 0 0 gy Eure pop SONORE Fre 20 Sol 0049 VENO1VENO2MURD2 49 0 0 0 Figure 94 Pr sentation des r sultats de l analyse multicrit res pour le logement collectif Lille Les solutions indiqu es correspondent aux num ros du Tableau 64 premi re colonne A Lille le classement suivant est obtenu pour les diff rentes solutions Visualisation des graphes de surclassement Figure 95 Graphe de sur classement pour le logement collectif Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI 190 Universit Claude Bernard A Lille Figure 95 les solutions 17 et 48 surclassent les solutions 18 et 49 qui elles m me surclassent les solutions 1 26 32 58 5 21 et 30 Finalement le classement suivant est obtenu la premi re solution tant celle qui favorise le meilleur compromis entre tous les crit
259. orat C FLORY CELINI 154 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie b6 Poids des facteurs 6 6 16 6 8 3 0 8 3 16 6 Figure 71 Effets de la r ponse Indice de confort sur la maison individuelle de 1966 Lille b78 52 9 26 0 9 26 18 52 8 1 Figure 72 Effets de la r ponse Indice de confort sur la maison individuelle de 1966 Marseille Th se de doctorat C FLORY CELINI 155 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie Probabilit Probabilit A A 6 09 913 Figure 73 Repr sentations graphiques Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour la maison individuelle de 1966 Lille gt 6 79 10 18 13 58 16 97 Effet Figure 74 Repr sentation graphique Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour la maison individuelle de 1966 Marseille Les effets des facteurs sur l indice de confort d t sont
260. ore am lioration de l inertie Les solutions r duisant les besoins en chauffage peuvent tre g n ralis es sur le territoire En revanche en ce qui concerne le 1 TRNSYS 2004 2 5TRNFLOW 2006 TRNFLOW permet par ailleurs d analyser les strat gies de ventilation naturelle favorisant l am lioration du confort d t 15 confort d t les pr conisations d pendent fortement de la typologie du b timent et du climat consid r Le dessein du travail de th se a t d aller au dela des tudes conventionnelles et de d velopper une m thodologie appliquer n importe quel b timent permettant l homme d tudes de comparer des solutions bioclimatiques avec un nombre minimum de simulations Cette analyse est donc finalement un point de jonction entre la thermique du b timent l architecture ainsi que des m thodes math matiques plans d exp rience optimisation et analyse multicrit res qui apporte une plus value m thodologique Mots cl s Bioclimatique besoins nerg tiques confort r novation plans d exp riences approche multicrit res optimisation ventilation inertie protections solaires changeur air sol simulation thermique 16 ABSTRACT This thesis s aim is to analyze how bioclimatic devices and schemes can be added to existing buildings using experiences plans for a small number of criteria and the multiple criteria analysis for all the other cases Obtaining a more pr
261. orisant un compromis entre les performances d hiver et d t retenues Ci dessous la repr sentation graphique des solutions obtenues dans cette configuration Figure 98 Graphe de sur classement avec une exigence forte sur la r duction des besoins en chauffage note comprise entre 8 et 9 et l am lioration du confort d t indice compris entre 40 et 49 pour le logement collectif Lille 194 A Lille Figure 98 en priorisant les besoins de chauffage et l indice de confort d t le classement suivant est obtenu la premi re solution tant celle qui favorise le meilleur compromis entre les deux crit res s lectionn s Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle solution 26 Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie solution 58 Fen tres performantes Volets Isolation transparente Ventilation naturelle solution 30 Figure 99 Graphe de sur classement avec une exigence forte sur la r duction des besoins en chauffage note comprise entre 8 et 9 et l am lioration du confort d t indice compris entre 40 et 49 pour le logement collectif Marseille A Marseille Figure 99 en priorisant les besoins de chauffage et l indice de confort d t le classement suivant est obtenu Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie solution 58 Fen tres performantes Volets Isolation transp
262. orit ceci tant d autant plus marqu sur le logement collectif La d finition des niveaux des plans d exp riences est plus d licate de m me que le choix des facteurs A titre anecdotique plusieurs facteurs ont t test s dans une premi re approche telle que le coefficient d absorption des murs ou encore l humidit prise en compte au niveau de TRNSYS dans l expression du confort Des effets limit s ont t relev s L interpr tation des r sultats n cessite la ma trise par l homme d tudes des ph nom nes physiques en pr sence la complexit se situe surtout au niveau de l analyse des effets d interaction A cet effet la synth se r alis e sur les strat gies bioclimatiques peut tre d un grand recours car elle a l avantage de recenser les ph nom nes mis en jeu dans un difice et de pr senter les interactions qui peuvent exister dans ce dernier Flory Celini 2008 Diff rents plans ont t test s Les plans de Hadamard qui ont permis d effectuer le criblage des facteurs Puis deux autres plans qui n cessitent un plus grand nombre d exp riences les plans de Rechtschaffner sur la maison individuelle et les plans factoriels complets sur le logement collectif Ces derniers plans m me s ils n cessitent un plus grand nombre de simulations ont l avantage d analyser tous les effets d interaction l analyse des r sultats est alors plus ais e L enjeu tant de trouver un bon compromis entre la dur
263. ort en t Figure 10 Contexte d utilisation des plans d exp rience L objectif est de chercher expliquer le fonctionnement de la bo te noire en estimant les r ponses pour des combinaisons non r alis es des param tres d entr es partir des r sultats d essais et ou de simulations effectu s Le dessein est de trouver une configuration des param tres d entr e qui r sout le probl me 3 3 M thodologie des plans d exp riences En terme s mantique le rappel de quelques d finitions de base est n cessaire pour la compr hension de cette m thode F rbringer 2006 9 La r ponse correspond toute manifestation ou cons quence d un ph nom ne une propri t qualitative ou quantitative C est une variable d pendante une cons quence Tout ce qui a peut avoir ou est suppos avoir une influence sur le ph nom ne tudi est appel facteur Les facteurs sont consid r s comme les causes possibles des r ponses Ce sont des variables ind pendantes des causes L tat d un facteur est caract ris par le niveau Un facteur peut prendre plusieurs niveaux l int rieur de son domaine de variation qui est constitu de toutes les valeurs comprises entre le niveau bas g n ralement 1 et le niveau haut 1 Domaine du facteur Facteur Pa niveau bas niveau haut Figure 11 Domaine de variation d un facteur d fini par ses niveaux Goupy 2006 Une variable cod e est dite norm e C est
264. our d crire le comportement de ce mur Si le temps de base du mur consid r est plus lev que la constante de temps le calcul des coefficients de la matrice de fonction de transfert est interrompu Cependant un tel mur fin peu tre remplac par une r sistance n gligeant la masse thermique 115 Dg paman 80mm gypsum mineral wool concrate real wall Figure 35 Exemple de mod lisation d un mur 3 couches sous TRNSYS TRNSYS 2004 y 4 4 4 SSSSSISS 3 71 es aa IL NS black box model La figure montre un exemple de mur constitu de trois couches compos es de b ton laine min rale et gypse de l ext rieur vers l int rieur caract ris es comme suit Tableau 25 Caract ristiques de mat riaux utilis s dans la mod lisation d un mur 3 couches Mat riaux Epaisseur m Conductivit kJ h m K Capacit kJ kg K Densit kg m B ton 0 025 7 56 1 2400 Laine min rale 0 08 0 144 1 40 Gypse 0 02 2 52 1 1400 En utilisant la m thode de fonction de transfert TRNBUILD calcule les coefficients de fonction de transfert En compl ment de ces coefficients le listing contient le calcul de la valeur du flux de chaleur par conduction du mur U et le coefficient de transfert de chaleur k en consid rant une constante combinant les transferts de chaleur convectif et radiatif 73 pour les surfaces int rieur et ext rieur Ces coefficients
265. ours respect mes choix d avoir toujours cru en moi de m avoir toujours soutenue et aid e durant ces longues ann es d tudes C est aussi gr ce vous si j en suis l aujourd hui Remerciements Th se de doctorat C FLORY CELINI Universit Claude Bernard 1 TABLE DES MATIERES INTRODUCTION GENERALE niir n eita a e a eE E ee E a ioe iE 21 1 1 oin a te E E A E iene 21 1 2 YOUN serea a a ES e aao K AS raa r A ne ne ne 9 26 1 2 1 Chiffres cl s de la consommation du b timent r sidentiel en France 26 1 2 2 Enjeux li s au choix des b timents anciens ss 27 1 2 3 Les diff rents niveaux de r novation ss 28 1 3 D clinaison du facteur 4 en objectifs atteindre ss 30 1 3 1 R duction des consommations ss 30 1 3 2 Les solutions bioclimatiques sur les b timents anciens 31 1 3 3 Choix des solutions bioclimatiques sur les b timents anciens 00 0 0 eeeseseeeeseteeeeeeeeeeeesees 32 TAT DE LARTE e earr cusnsvedenwenonsedecsenoesnsssesesans consowasengntestssoscessseSebensanbecedvevende hensesasnseveseesaneens 33 2 1 Etat de l art des m thodologies existantes 33 2 2 Principes d application des strat gies bioclimatiques dans le cadre d une r novation 39 2 3 Les solutions climatiques associ es aux niveaux de r novation 45 24 Conclusions sur l tat de l art ss 49 PLANS DV EXPERIENGES curia a Ee E e a E AA EEE E 51 3 1 De l utilit des plans d exp riences
266. p en et du Conseil du 16 d cembre 2002 sur la performance nerg tique des b timents http eur lex europa eu 2003 European Commission 1997 Bioclimatic Architecture THERMIE Programme Action N DIS 0162 95 IRL Directorate General for Energy DG XVII European Commission 1997 FFB et al 2004 Am lioration nerg tique des b timents existants les bonnes solutions F d ration Fran aise du B timent FFB Agence de l Environnement et de la Ma trise de l Energie ADEME et le Comit Scientifique et Technique des Industries Climatiques COSTIC Collection recherche d veloppement m tier 2004 Filfi 2006 Optimisation des b timents syst me pour minimiser les consommations dues la climatisation Filfi S Th se de doctorat de l Ecole des Mines de Paris 2006 Flory Celini et al 2005 Etude de l influence d un b timent voisin sur les clairements nerg tiques et lumineux re us par un vitrage Flory Celini C Virgone J Covalet D Cisbat 2005 Flory Celini et al 2006 Flory Celini C Safer N Virgone J Covalet D Roux JJ R habilitation des b timents Impact de la combinaison des protections solaires et des vitrages en fonction de l orientation Ibpsa 2006 Flory Celini et al 1 2007 Flory Celini C Virgone J Covalet D Lips B Optimization of refurbishment choices of a building by the use of the experimental design concepts Clima 2007 Flory Celini et al 2 2007 Flory Celini C Varet G Vi
267. p D a d velopp un outil d aide multicrit res la d cision REFLEX R nover Efficacement un Logement Existant Pasanisi et al 2008 et Azard et al 2007 A partir de la description d un b timent existant ledit outil propose les alternatives de r novation nerg tique envisageables au sens isolation et syst mes value les alternatives propos es selon plusieurs crit res conomiques nerg tiques environnementaux confort divers hi rarchise les alternatives dont les 37 performances ont t jug es satisfaisantes en utilisant des m thodes d analyse multicrit res Sch matiquement l outil REFLEX est compos des 4 modules suivants Un module de g n ration des solutions de r novation qui partir de la description du logement existant des souhaits et des contraintes du d cideur identifie les sc narios de r novation envisageables Un module d valuation qui value les performances des solutions de r novation selon les diff rents crit res qui rentrent en jeu dans le processus de d cision Un filtre multicrit re interactif qui permet d exclure les solutions dont les performances sur un ou plusieurs crit res ne sont pas jug es satisfaisantes par les deux acteurs client et EDF Un module de s lection multicrit re qui hi rarchise les solutions de r novation du point de vue du client d une part et d EDF d autre part Le module de g n ration permet de construire les soluti
268. paisseur Cloisons en carreau de pl tre platre Facades ext rieures Dans la hauteur du RDC brique creuse de 0 2 a 0 25 d paisseur avec 4 6 rang es d alv oles selon la zone climatique Chainage b ton arm Variante montagne bardage des pointes de pignons en frise de sapin Brique pleine Ouvertures Menuiseries ch ne Porte d entr e ch ne Persiennes b ti Bois lourd ext rieures ch ne remplissage sapin Tien Portes isoplanes en 34mm Huisseries sapin Bois lourd int rieures Charpente sapin Couverture tuile vieillie petit moule 22 au m tre carr Variantes r gionales ardoise en tuile Ardoise Toiture romane Sous toiture isolante laine min rale entre papier Laine de Kraft goutti res et descentes en zinc Variante verre montagne saillie de toiture plus importante e e 5 2 3 Conclusions sur le choix des b timents de r f rence Pour le logement de l entre deux guerres tr s peu d informations sont disponibles D autre part ce type de construction a t limit dans le temps et par cons quent ne devrait pas constituer une part importante du parc immobilier frangais Par ailleurs l tude des donn es du CEREN Ceren 2004 sur la consommation du parc de logements francais a permis de mettre en exergue le fait que les maisons qui consomment le plus d nergie se situent dans la p riode d ach vement allant de 1949 1974 Les appartements construits avant 1948
269. performantes Isolation transparente 44616 2 9 EN 5 11 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 44836 2 9 Om 5 12_ Volets Isolation transparente 37854 1 7 om 5 13 Calfeutrement Volets Isolation transparente 38074 1 8 Om 5 14 Fen tres performantes Volets Isolation transparente 46870 2 9 om 5 15 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 47090 2 9 o 5 transparente OC 16 Ventilation naturelle 0 0 4 8 10 17 Calfeutrement Ventilation naturelle 220 0 5 0 9 18 Fen tres performantes Ventilation naturelle 9016 1 8 7 19 Calfeutrement Fen tres performantes Ventilation naturelle 9236 1 8 O 7 20 Volets Ventilation naturelle 2254 0 4 8 8 21 Calfeutrement Volets Ventilation naturelle 2474 0 by 0 8 22 Fen tres performantes Volets Ventilation naturelle 11270 1 8 7 23 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Ventilation 11490 1 8 o 7 naturelle 24 Isolation transparente Ventilation naturelle 35600 1 7 10 5 25 Calfeutrement Isolation transparente Ventilation naturelle 35820 1 8 O 5 26 Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation 44616 2 9 6 15 naturelle 27 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 44836 2 9 o 5 Ventilation naturelle 191 Perspectives Nombre de crit res importants 5 CRITCFT3
270. plus de noms citer Dany ESCUDIE Olivier HARTMANN Jean Jacques ROUX et Jean Luc HUBERT de m avoir accueillie Denis COVALET et Joseph VIRGONE de m avoir encadr e Thierry DUFORESTEL pour son expertise Ce fut une aventure professionnelle et galement humaine a cet gard je tiens a remercier particuli rement Alberto PASANISI et Thibaut VITTE pour leur patience leur intelligence Ce fut vraiment une chance de vous avoir durant ces ann es Cette th se a t r dig e gr ce des personnes qui ont su me consacrer du temps et m envoyer des documents Sandy ASARE G rard KRAUSS Bruno PEUPORTIER Nassim SAFER Jean Luc IZARD St phane CITHERLET Guillaume VARET Pierre HOLMULLER Jean BRAU mais galement Bernard LIPS et Roger PHAN TAN LUU pour leur conseils au niveau des plans d exp riences Plus qu une th se ce manuscrit repr sente le point final d une tape de ma vie Et cette page fut certainement la plus difficile crire cause de la peur d oublier quelqu un qui aurait par un moyen ou par un autre contribu cet aboutissement C est pourquoi je finirai presque en remerciant toutes les personnes qui ont eu le bonheur ou le malheur de croiser ma route Peut tre que sans le savoir d un seul regard d un seul mot ils ont chang ma vie alors vous tous MERCI Merci enfin et surtout mes parents Claudia et Pierre et mon fr re Patrice qui je d die ce m moire Merci d avoir touj
271. ponse Indice de confort d t pour logement collectif Lille Th se de doctorat C FLORY CELINI 135 Universit Claude Bernard Comme le facteur U1 calfeutrement ne participe a aucun effet d interaction probablement actif on peut donc l interpr ter son effet est pratiquement nul Les effets b35 b345 b23 et b34 sont tr s probablement actifs les effets b235 b23456 b2356 et b356 sont peut tre actifs en vert les autres en bleu sont probablement inactifs selon l approche de Lenth Par contre selon les repr sentations graphiques Normal Plot et Half Normal Plot on peut conclure que les effets b35 b345 b23 et b34 sont tr s probablement actifs Probabilit Probabilit A A Figure 49 Repr sentations graphiques Normal Plot gauche et Half Normal Plot droite des effets sur la r ponse Indice de confort d t pour logement collectif Lille Afin d tudier les effets d interaction on commence toujours par l effet le plus indic dans cet exemple b345 Si b345 est actif alors on ne peut pas interpr ter ind pendamment tous les effets d ordre moins lev comportant uniquement seul ou en combinaison les indices 3 4 et 5 Dans notre exemple b34 b35 b45 b3 b4 et b5 La Figure 47 et la Figure 48 montrent que les effets b4 b5 et b45 sont probablement inactifs Analysons les repr sentations des autres combinaisons 66 Dans le cas d une matrice satur e il n existe pas de mesu
272. ppliqu e 69 Notons que ce r sultat d pend fortement des hypoth ses d ouverture des fen tres si une strat gie de gestion par diff rence de temp rature entre l int rieur et l ext rieur tait appliqu e il en serait tout autre Th se de doctorat C FLORY CELINI 157 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie 7 244 Conclusions sur les r sultats des plans d exp riences sur la maison individuelle de 1966 Si pour la r ponse Besoins en chauffage les r sultats sont similaires Lille et a Marseille quand on s int resse l am lioration de l indice de confort d t ils diff rent Lille les facteurs diminuant les besoins en chauffage en hiver participent l am lioration du confort d t l installation de fen tres performantes l isolation des murs du plancher et de la toiture et la position de l isolant Marseille l isolation de la toiture et la position de l isolant mises part la plupart des facteurs r duisant la r ponse Besoins en chauffage en hiver d gradent l indice de confort d t C est le cas du renforcement de l isolation des fen tres et des murs Toutefois l tude des interactions montre que les effets contradictoires relev s entre les deux saisons peuvent tre compens s par l association ad quate de certains facteurs notamment les protections solaires o L adjonction de fen tres performantes U 1 5W m2 K devra
273. pr sence ou non d un syst me de ventilation si oui lequel autor glable hygror glable pr sence d un conduit de chemin e si oui avec trappe sans trappe pr sence de v g tation ou de masques b timent en vis vis A partir de la description que l on peut avoir du b ti existant on arrive trouver des caract ristiques thermo physiques par d faut qui sont n cessaires aux entr es des mod les En fait il s agit de faire le lien entre les r ponses ventuelles au questionnaire b ti que l on peut obtenir mais qui ne peuvent pas tre int gr es simplement directement dans un logiciel de simulation thermique d taill sauf catalogue de mat riaux pr renseign s N anmoins l tat des lieux r aliste d un b timent ancien sous tend d autres r flexions notamment celles concernant le vieillissement des mat riaux quelles sont en effet les caract ristiques thermo physiques d une fen tre de plus de vingt ans ou encore les travaux de r novation partielle qui ont pu tre effectu s au cours du temps mais aussi quels sc narii comportementaux retenir L tat de la recherche ne nous permet pas de r pondre au premier questionnement pour tous les mat riaux utilis s dans le b timent Il n emp che qu il demeure toujours possible dans les perspectives d volution d int grer ces l ments a posteriori une fois que ces informations seront disponibles Concernant le de
274. prend appui sur une r gle apportant une r ponse synth tique exhaustive et d finitive au probl me de l agr gation des performances M me si cette approche semble simple Roy et al 1993 notent que la complexit des r sultats th oriques jointe la pauvret des r sultats concernant divers probl mes importants auxquels se trouve confront le praticien poussent souligner le caract re trompeur de cette apparente facilit L approche par surclassement de synth se qui prend appui sur une r gle apportant une r ponse synth tique prend la forme d un ensemble de conditions conduisant accepter ou rejeter un surclassement au niveau global En revanche elle est int ressante si elle int gre un certain nombre de crit res antagonistes Cette approche est donc celle qui convient le mieux notre probl matique Elle n cessite pour tre pertinente des crit res suppl mentaires ceux des plans d exp riences L ajout de crit res a par ailleurs l avantage de r pondre des exigences qui parlent au d cideur notamment les aspects conomiques et environnementaux Cette approche est d crite dans la partie 8 171 R sultats de l application de la m thodologie Th se de doctorat C FLORY CELINI 172 Universit Claude Bernard 9 PERSPECTIVES NOMBRE DE CRITERES IMPORTANTS Comme soulign dans la conclusion de la partie pr c dente quand l homme d tudes souhaite comparer les indicateurs ou e
275. provenant des quipements de ventilation Temp rature de la zone i Temp ratures de l air dans chaque milieu Temp rature de la zone i au d but du pas de temps Temp rature de la surface int rieure Temp rature de la surface ext rieure Temp rature d air int rieur Temp rature d air ext rieur Temp rature impos e en condition aux limites Temp rature au noeud i Diff rence de temp rature entre l int rieur et l ext rieur Pas de temps de la simulation Variable naturelle dans les plans d exp riences Centre de la variable dans les plans d exp riences Pas de la variable dans les plans d exp riences Variable cod e dans les plans d exp riences Param tres des plans d exp riences Variation d altitude Temp rature de la zone i D bit volumique Gains internes en humidit Exposant du profil de vitesse de vent au niveau du batiment Exposant du profil de vitesse de vent a la station m t o Effets d interaction du deuxi me ordre dans les plans d exp riences Pente de l isotherme de sorption du mat riau dans le mod le d humidit 12 Unit O ORO RR R RF KR RRRRRRKRKRARKR KR M K m3 s kZeau kgair sec Symbole GLO cLo PConv Cond Orm Orm 1 Beat Oea 2 D finition Densit de flux radiatif de grande longueur d onde Densit de flux radiatif de courte longueur d onde Densit de flux convectif Densit de flux conductif Temp rature moyenne glissante du jour Temp
276. que exposant de l coulement d air Nombre de facteurs dans les plans d exp riences Nombre d exp riences Nombre d occupants du b timent Diff rence de pression de part et d autre de la fissure Flux de chaleur travers le vitrage Energie latente pr lev e positive pour la d shumidification et n gative pour l humidification Gains radiatifs pour le n ud de temp rature de surface du mur Gains radiatifs internes re us par le mur Gains solaires des fen tres re us par le mur Rayonnement grande longueur d ondes chang entre le mur et les autres murs et les fen tres Flux sp cifi par l utilisateur la surface de mur ou de fen tre Gain de chaleur net Flux de chaleur conductif du mur la surface int rieure Flux de chaleur conductif du mur la surface ext rieure 11 Unit met J kg K J kg K m s W m2 K W m2 K m3 h Se ee ee a Symbole CENT R Re s Ta Tor Tr Tisky Toutside Tair Tvent Tzone i To et Ti Tat T si To Tai Tae Ths Ti AY At Xi Az Ti CR Ei do Am ijk Ki D finition Flux de chaleur combin radiatif et convectif R ponse tudi e dans les plans d exp riences Nombre de Reynolds Nombre d tats consid r s pour chaque facteur Temp rature ext rieure Temp rature du sol Temp rature de la pi ce adjacente Temp rature du ciel Temp rature ext rieure Temp rature de l air Temp rature de l air
277. que crit re une fonction de pr f rence valeurs entre 0 et 1 dont l argument est la diff rence entre les valuations selon ledit crit re des deux actions comparer cf Dans PROMETHEE I ces valeurs sont utilis es pour valuer trois indices synth tiques appel s flux qui expriment globalement si une action est plut t pr f r e aux autres ou non et tablir ainsi un classement final qui comme dans le cas d ELECTRE III peut admettre des situations d incomparabilit Dans PROMETHEE II les trois flux sont agr g s en un seul qui joue d une certaine fa on un r le de crit re unique Cet artifice vite les situations d incomparabilit et aboutit un classement sans ambiguit des solutions ligibles 177 Perspectives Nombre de crit res importants SeuilsPreferenceStricte Seuilsindiference MatriceEvals SeuilsVeto DiscordanceParCritere ConcordanceParCritere ConcordanceGlobale CriteresDiscordants Credibilites Figure 90 Cheminement de Electre III Simsek 2006 SeuilsPreferenceStricte MatriceEvals Seuilsindiference ConcordanceParCritere ConcordanceGlobale FluxEntrant Figure 91 Cheminement des m thodes Prom th e Simsek 2006 Un tableau de synth se Tableau 54 r sume les principales caract ristiques des m thodes utilis es dans l outil REFLEX Bio qui sont bas es sur la probl matique y et qui permet rappelons le de cl
278. que de la Construction 1995 partie 1 et 1997 partie2 Wright 1979 Soleil nature architecture Wright D Ed Parenth ses 1979 Wright 1995 Frank Lloyd Wright The Natural House 1954 Frank Lloyd Wright Collected Writings Volume 5 New York Rizzoli p 121 1995 210 ANNEXES LES SOLUTIONS BIOCLIMATIQUES Annexes Th se de doctorat C FLORY CELINI 212 Universit Claude Bernard
279. que statuant nitnsenmenntenitinntiinhelnematsith init 148 7 2 8 Diagnostic de l existant nnnisnnteedetsss 150 7 24 Plans d exp riences sur la maison individuelle de 1966 151 7 2 5 Organigrammes d cisionnels de la maison de 1966 159 7 2 6 Choix expert des dispositifs bioclimatiques int grables sur la maison individuelle de 1966 ARR Re nn MR EE ne sen et RU rt 161 7 2 7 Optimisation des solutions bioclimatiques sur la maison individuelle de 1966 163 7 2 8 Comparaison des solutions bioclimatiques sur une maison individuelle construite en 1966 in Re ie re ttes rt Mn ae Rate A E nt ll Re ne te net cute 166 7 3 Conclusions sur les applications de la m thodologie 169 8 PERSPECTIVES NOMBRE DE CRITERES IMPORTANTS see 173 8 1 IntrOAUCHON weiss ices R EE EENE AE ENNEA E ENA 173 8 2 D veloppement de l outil d aide la d cision Reflex Bio 175 8 2 1 D marche intellectuelle de l outil d aide la d cision 175 8 2 2 Les familles d aide la d cision disponibles dans REFLEX Bi0 oo ieee eeseeeeeseeeteeneeees 177 8 2 3 Pr sentation de l outil d aide la d cision REPLEX Bi0 0 cc ceceeseseeeseseeeseeeeeseeeeeees 179 8 2 4 Description des crit res retenus dans REFLEX Bio ss 180 8 2 5 R alisation du tableau des performances et visualisation des r sultats de REFLEX Bio 187 8 2 6 Conclusions sur l application de la m thodologie MEXPER sur un logement collectif de TOO LE
280. ques a ce b timent Le calcul des gains internes est bas sur la RT2000 4 W m en hiver et les r sultats de l tude Concerto ont t retenus pour l t Concerto 2006 Dans le cadre du programme Concerto des bilans thermiques par simulation thermique du b timent ont t r alis s Dans ce cadre des donn es issues de retours d exp riences ont t retenues pour mod liser les b timents La mod lisation des b timents de cette tude sera bas e sur ces donn es o Services g n raux 0 38 W m et par heure constant o Cuisson 8W m sur 3 heures 1 heure de 12 13h et 2 heures de 19 21h o Apports humains 1 personne par 25m o Strat gie de pr sence 25 entre 9 et 11h et 15 et 17h 50 entre 12 et 14h et 100 entre 18 et 8h Tableau 32 Charges internes et m tabolisme Heures Charges internes hors cuisson W m Charges internes cuisson W m 2 M tabolisme met de0 1h 4 8 0 0 80 Repos de 1 2h 44 0 0 80 de 2 3h 4 6 0 0 80 de 3 4h 4 2 0 0 80 de 4 5h 4 1 0 0 80 de5a6h 4 3 0 0 80 de6 7h 4 7 0 0 80 de 7 8h 54 1 1 1 20 Petite activit de 8 9h 4 3 0 1 20 de 9 10h 4 5 0 1 00 Assis de 10 11h 4 7 0 1 00 de 11 12h 5 0 0 1 00 de 12 13h 5 5 7 8 1 00 de 13 14h 5 2 0 1 20 de 14 15h 4 5 0 1 20 de 15 16h 4 3 0 1 00 de 16 17h 5 9 0 1 00 de 17 18h 6 0 0 1 00 de 18 19h 6 3 7 8 1 00 de 19
281. r le gros uvre 9 Nombre d analyses architecturales mais galement thermiques de syst mes bioclimatiques sont disponibles Mazria 1981 Givoni 1978 Athienitis et al 2002 entre autres Th se de doctorat C FLORY CELINI 34 Universit Claude Bernard Cependant quels sont les difices r nover De nombreuses statistiques r v lent que ce sont les b timents construits avant la premi re r glementation thermique qui constituent la priorit Ceren 2004 Observatoire de l Energie 2007 Clip 2001 Notons que la prospective de Clip 2001 qui dans un volet Habitat et d veloppement durable bilan r trospectif et prospectif s est pench e sur le probl me majeur pour la consommation nerg tique de la France et ses missions de gaz a effet de serre des consommations de chauffage du parc de logement Outre les r sultats qui montrent a l vidence que les priorit s d action de ma trise de l nergie et de contr le des missions de gaz effet de serre au niveau de l habitat existant o les potentiels d conomies d nergie resteront pour encore longtemps bien sup rieurs ceux de l habitat construire cette tude note aussi l influence des structures urbaines sur les d penses d nergie associ es aux logements dont l importance justifie d accorder une forte priorit aux strat gies de r habilitation des centres villes Il conviendrait donc de r aliser la typologie des b timents construit
282. r les possibilit s d application d une d marche bioclimatique Pour ce faire un bilan nerg tique est r alis et les interactions des divers l ments du b timent sont analys es afin d laborer des solutions de r novation globale d s le d but de l analyse de la situation Dans Birraux et al 2001 on note que les apports solaires passifs pourraient contribuer a pres de 6 des besoins en chauffage dans le parc ancien A cet effet on peut se demander comment int grer ces techniques passives dans les batiments anciens et comment peut on extrapoler de fa on ne pas se limiter aux dispositifs solaires mais en consid rant toutes les techniques climatiques disponibles Pour ce faire il est essentiel d int grer ces techniques dans le b timent r nover en tenant compte du degr de r habilitation escompt Il est donc n cessaire d tudier la fa on dont se pr sente le cycle de r novation d un batiment Les diff rents niveaux de r novation ont t pr sent s au 1 2 3 Selon le type de dispositif climatique nous allons maintenant pr ciser quel niveau de r novation il peut se situer Niveau 1 r novation l g re gt r novation diffuse Niveau 2 r novation moyenne gt r novation Niveau 3 r novation compl te gt r habilitation Niveau 4 Syst me non applicable la r habilitation Notons Niveaul Niveau 2 Niveau 3 15 Nous en sommes arriv s a un r capitulatif
283. re cuite Ambassade de France au Maroc http www ambafrance ma org archives marocweb projet04 sesmec6 htm 2004 Anah 2004 Humidit Agence Nationale pour l Am lioration de l Habitat 2004 Architecture et Climat 2005 Guide de l clairage naturel des b timents la strat gie de lumi re naturelle Cellule Architecture et Climat de l Universit Catholique de Louvain http www energie arch ucl ac be eclairage guide_strategies htm 2005 Architecture et Climat 2005 Les parois transparentes La strat gie de lumi re naturelle cellule Architecture et climat de l Universit Catholique de Louvain 2005 Arene 1999 Nouvelles solutions dans l nergie Caract ristiques pour un b timent m diterran en ARENE Agence R gionale de l Energie Provence Alpes C te d Azur avec l aide de la Commission Europ enne 1999 Ashrae 2001 ASHRAE Handbook Fundamentals American Society of Heating Refrigerating and Air Conditioning Engineers Atlanta 2001 Aspo 2007 Association for study of peak oil http www peakoil net 2007 Athienitis et al 2002 Thermal Analysis and Design of Passive Solar Buildings Ahienitis A K and Santamouris Ed James and James 2002 Audience 2006 Projet europ en de t l formation des architectes la ma trise des ambiances http audience cerma archi fr 2006 Aulagnier et al 2005 B timent et effet de serre Le chantier de l isolation dans les b timents existants
284. re de la variance exp rimentale Lenth a propos une m thodologie pour calculer un pseudo cart type Ce pseudo cart type est utilis pour tracer des intervalles de confiance sur le graphique des effets Ceux ci d finissent des seuils de significativit Les effets dont les barres vont au del de l intervalle ext rieur sont dits tr s probablement actifs Ceux pour lesquels les barres restent en de de l intervalle int rieur sont dits tr s probablement inactifs Ceux dont les barres arrivent entre les deux limites sont dits probablement actifs 67 Rappelons que ces graphiques sont repr sent s dans un syst me d axes gausso arithm tique L axe vertical est gradu suivant une chelle en probabilit l axe horizontal est gradu suivant une chelle arithm tique Ce type de graphe est utilis pour v rifier si un ensemble de valeurs suit une distribution normale Cette v rification se fait uniquement de fa on visuelle donc subjective Le principe de construction de ce type de graphe est tr s simple L ensemble de N valeurs est ordonn suivant l ordre croissant j rang Ces N valeurs ordonn es sont port es sur le graphe en fonction de leur fr quence cumul e observ e j 0 5 N de doctorat C FLORY CELINI 136 Universit Claude Bernard AVent_naturelle AVent_naturelle Sans protection Store opaque Figure 50 Etude des effets d interaction X4 X5 X3 sur la r ponse Indice de confort d t
285. re opaque Nonisol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 41 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 42 calfeutr Simple vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 43 non calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 44 calfeutr Double vitrage Sans protection Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 45 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 46 calfeutr Simple vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 47 non calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 48 calfeutr Double vitrage Store opaque Isol Sans ventilation naturelle Adjonction de MCP 49 non calfeutr Simple vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 50 calfeutr Simple vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 51 non calfeutr Double vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 52 calfeutr Double vitrage Sans protection Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 53 non calfeutr Simple vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 54 calfeutr Simple vitrage Store opaque Non isol Ventilation naturelle Adjonction de MCP 55 non calfeutr Double vitrage Store opaque Non isol V
286. renth ses 1979 Mazria 1981 Le guide de l nergie solaire passive Edward MAZRIA Edition Parenth ses 1981 Mies 2005 Emissions de gaz effet de serre Mission Interminist rielle de l effet de serre http www effet de serre gouv fr fr emissions inventaire htm 2005 Miguet 2000 Param tres physiques des ambiances architecturales un mod le num rique pour la simulation de la lumi re naturelle dans un projet urbain Miguet F Th se de doctorat Ecole Polytechnique de l Universit de Nantes 2000 Mihalakakou 2003 On the heating potential of a single buried pipe using deterministic and intelligent techniques Mihalakakou G Renewable Energy N 2 8 pp 917 927 2003 Minist re de l quipement et du logement 1971 164 projets types homologu s Minist re de l quipement et du logement Ed Callon Suppl ment l INFORMAT BATI T P n 55 P 32 3 1971 Minist re du logement et de la ville 2007 Le diagnostic de performance nerg tique http www logement gouv fr 2007 Minist re de l industrie 2004 20 ans de chauffage dans les r sidences principales en France de 1982 2002 Observatoire de l nergie http www industrie gouv fr energie statisti se_stats14 htm Octobre 2004 Minist re de l Industrie 2006 Une nouvelle r gulation thermique pour le b timent http www industrie gouv fr biblioth docu kiosque cahiers cahier112 002 html 2006 Minnaert 2008 Paris Immeuble de la rue Vav
287. respondant celle qui n engendre pas d ombre port e sur le masque ci celui ci repr sente un b timent Variation de la distance au solstice d t au midi solaire Variation de la distance au solstice d hiver au midi solaire 40 Gains relatifs i 40 Gains relatifs A eacaurateneaacnenenensse re ne Cd D Ce D TP D serene aa TOO EE 0 100 Vis vis p 0 2 Vis vis p 0 5 Vis vis p 0 8 Vis vis p 0 2 Vis vis p 0 5 Vis vis p 0 8 Figure 13 Gains relatifs relev s pour une variation de la distance aux solstices d hiver et d t au midi solaire Les r sultats sont indiqu s pour un alb do du sol gal 0 2 correspondant l asphalte ou l herbe Le coefficient de r flexion ocre 0 5 couleur noire ordinaire 0 2 Flory Celini et al 2005 Th se de doctorat C FLORY CELINI 60 Universit Claude Bernard Ces r sultats nous ont permis d appr cier l influence de l environnement En revanche ils se limitaient a une configuration Comment g n raliser cette r flexion la prise en compte des diff rents facteurs agissant sur les r ponses du b timent dans une configuration quelconque L approche consistant r aliser une analyse de sensibilit au sens classique du terme en plus d engendrer un nombre important de simulations ne permet pas toujours d appr cier les interactions entre les ph nom nes tudi
288. rgone J Covalet D Comparison of the thermal performances of buried pipe system and night ventilation on residential buildings Cisbat 2007 Flory Celini 2008 Les strat gies bioclimatiques tat de l art et perspectives Flory Celini C Rapport de synth se 2008 Franquart 1988 L approche japonaise de la qualit Franquart P Universit d Aix Marseille III 1988 Gandemer 1979 Analyse du ph nom ne vent en milieu bati Quelques prescriptions pour les architectes et les urbanistes Gandemer J Actes de colloques Architecture climatique Collioure Ed Plan Construction 1979 Ghosal et al 2005 Modelling and parametric studies for thermal performance of an earth to air heat exchanger integrated with a greenhouse Ghosal M K Tiwari G N Energy conversion and management 2005 Gidel 2001 Comportement et valorisation des graves non trait es calcaires utilis es pour les assises de chauss es souples Gidel G Th se de l universit de Bordeaux I Ecole doctorale des sciences physiques et de l ing nieur 2001 Giec 2007 Groupe intergouvernemental d experts sur l volution du climat http www ipcc ch 2007 Givoni 1978 L homme l architecture et le climat GIVONI B Ed du Moniteur 1978 Givoni 1991 Performance and applicability of passive and low energy cooling systems B GIVONI Energy and buildings Vol 17 p 177 199 1991 Gratia 1998 Aide th orique Opti Maisons E Gratia Archit
289. ri re commercial 20 18 Figure 1 Emission des gaz effet de serre par secteur en France en 2003 Mies 2005 5 Epfl 2005 Bases du d veloppement durable Cours de mise niveau du Master en Architecture et D veloppement Durable moodle epfl ch mod resource view php inpopup true amp id 71321 2005 6 Groupe intergouvernemental d experts sur le climat Th se de doctorat C FLORY CELINI 22 Universit Claude Bernard Afin de d terminer des moyens de remplir cet objectif il est n cessaire d examiner le profil de r partition des missions de gaz a effet de serre de la France cf Figure 1 L volution sur plusieurs ann es de ce profil de 1975 a 2000 montre une tr s forte augmentation des missions dues au transport et au r sidentiel tertiaire contrairement aux autres secteurs dont les missions sont en diminution Cette augmentation des missions du secteur r sidentiel tertiaire est en grande partie li e au fort d veloppement de l lectrom nager et des quipements informatiques Ainsi malgr une progression forte de la performance thermique moyenne des b timents due la r glementation de la construction neuve et la r habilitation d une partie du parc existant la consommation moyenne d un logement passe de 372 kWh m2 an en 1973 245 kKWh m2 an en 2003 la progression de la surface de logement par habitant et l augmentation du parc r sidentiel et tertiaire font que la consommation finale d nerg
290. ris l mergence de b timents classe d inertie l g re Th se de doctorat C FLORY CELINI 40 Universit Claude Bernard vent d finir la forme du batiment capter la chaleur du rayonnement solaire la stocker dans la masse la conserver par l isolation et la distribuer dans le b timent A d faut de satisfaire l une ou l autre de ces variables l efficacit de la strat gie solaire passive peut tre s rieusement compromise Principe diurne Principe nocturne Figure 8 Principes diurne et nocturne des p riodes froides de l auteur Strat gies de froid Le d veloppement du conditionnement d air au d but du si cle pr c dent a conduit au d clin des solutions passives de refroidissement Pendant un temps elles ont m me t compl tement ignor es jusqu la crise nerg tique des ann es 1970 qui a cr un int r t nouveau pour ces techniques Tareb 2004 Sous les latitudes de la France M tropolitaine les concepteurs et les thermiciens se sont jusqu a pr sent focalis s sur la probl matique du confort d hiver Depuis quelques ann es et notamment a partir de la canicule de l t 2003 le confort d t devient une forte pr occupation En outre ces derniers temps un accroissement de la vente de climatiseurs a t remarqu Pellegrino 2007 L objectif est ici d apporter des r ponses a la production de froid sans utilisation de syst mes actifs Le vent est
291. s Par ailleurs l tat de l art finalis a permis de rendre compte de la multitude des strat gies et des solutions climatiques qui en d coulent De nombreuses interrogations subsistaient notamment sur l int gration du microclimat et des aspects comportementaux En outre une r flexion de fond a t men e sur la caract risation des b timents anciens quelles sont les caract ristiques thermo physiques des mat riaux Quels b timents tudi s Ces questions ont t abord es lors de diff rentes pr sentations au CETHIL et EDF R amp D avec pour avantage d avoir une double grille de lecture une industrielle et l autre orient e sur la mod lisation Le b timent est ainsi vu comme une association d l ments et l valuation des solutions bioclimatiques est r alis e par des outils qui n cessitent leur mod lisation Ceci pousse s int resser des m thodes permettant de faire un tri parmi de nombreuses solutions et de r duire le nombre de simulations De ces propositions d coulent une interrogation comment associer ces deux visions 4 2 Philosophie de la m thodologie La m thodologie consiste d cliner les actions r alisables dans le cadre de la r novation bioclimatique Il est alors n cessaire de d crire les strat gies climatiques afin de lister les dispositifs bioclimatiques qui s associent ces actions celles ci tant plus ou moins efficaces en fonction du site et de l environnement ex
292. s Viscosit dynamique Cp 1000 J kg C Chaleur sp cifique 0 024 W m C Conductivit thermique he peut alors s exprimer par la relation suivantes l unit tant le W m2 C 1 joe P 5 b 389 gt Equation 11 i Le coefficient d change convectif ext rieur he est donc d termin pour chaque pi ce de l tage par la d finition d une quation sous TRNSYS d pendant de la longueur de toiture correspondante et de la vitesse de vent donn e par le fichier m t o Il est ensuite reli une entr e cr e sous le type 56 Deux longueurs de toiture sont consid r es celle des greniers L1 3 25 m l extr mit de la toiture et celle des autres pi ces de l tage L2 2 8m se trouvant au niveau du fa te de la toiture Le calcul du coefficient convectif int rieur pour la 54 Brau 2006 Cours sur les transferts de chaleur D partement G nie civil et urbanisme 3 me ann e Institut National des Sciences Appliqu es de Lyon 2006 112 paroi inclin e inclinaison de 45 est identique celui propos par TRNSYS dans le type toiture utilisable qu avec le type 19 monozone et est issu de l ASHRAE Handbook of Fundamentals Il s exprime hiss 32 7 kJ h m C et est obtenu par interpolation lin aire 6 5 Transferts thermiques dans TRNSYS Pour les parois opaques on distingue les transferts conductifs et convectifs Dans TRNSYS les transferts par conduction sont trait s par
293. s e 2005 Pacer 1996 Architecture climatique quilibr e Conception d marche dimensionnement Cours PACER Office f d ral des questions conjoncturelles en collaboration avec le LESO EPFL Lausanne 1996 Parsons 1983 The Simulation and Design of Building Attached Sunspaces Parsons B K University of Wisconsin Madison M S Thesis 1983 Pasanisi 2005 El ments d aide multicrit re la d cision Pasanisi A EDF R amp D D partement SEVE Note HE 14 05 005 A Mars 2005 Pasanisi et al 2008 A multicriteria decision tool to improve the energy efficiency of residential buildings Pasanisi A Ojalvo J Foundations of Computing and Decision Sciences in press 2008 Pedregal 1992 Mod lisation des espaces serres destin s l habitat Pedregal P D th se en physique des syst mes nerg tiques universit Paris VII Pellegrino 2007 Clim et Energie l quation r soudre Vite http www climamaison com conseil chauffage climatisation php T 2 amp Rp 173 2007 Peuportier 1993 L isolation transparente une nouvelle technologie au service du solaire thermique Article de Peuportier B de l Ecole des Mines de Paris Journ e d tudes de la soci t fran aise des thermiciens 1993 Peuportier et al 2000 Advanced glazing and transparent insulation Peuportier B Kohler N Lewis O Tombazis A and Voss K Education of Architects in Solar Energy and Environment ALTENER Project Europe
294. s sur l tat actuel et les perspectives techniques des nergies renouvelables http www assembleenationale fr rap oecst energies r3415 asp 2001 Blugeon 2002 Energie le puits canadien un climatiseur naturel Blugeon JP La Maison Ecologique N 10 2002 Bodart 2002 Cr ation d un outil d aide au choix optimis du vitrage du b timent selon des crit res physiques cologiques et conomiques pour un meilleur confort visuel et thermique Bodart M Th se de doctorat UCL Avril 2002 Bonvin et al 1997 Transformation du Ch teau de Val re en mus e Installations techniques valuation des besoins Bonvin M Duc P J Rapport et annexes Ecole d ing nieurs du Valais Sion 1997 Bottema 1992 Wind climate and urban geometry Bottema M Technische Universiteit Eindhoven p 212 1992 Box et al 1978 Statistics for Experimenters an Introduction to Design Data Analysis and Model Building Box G E P Hunter W G Hunter J S Ed John Wiley New York 1978 Boyd 1964 Le vent sur les batiments W A DALGLIESH D BOYD Institut de recherche en construction du Canada 1964 Brown et al 1988 Facteurs de performance des fen tres Brown W C etRuberg K Institut de recherche en construction du Canada 1988 Cah 2006 Club de l am lioration de l habitat March de l am lioration de l habitat p 1 F vrier 2006 Catmull et al 1974 A class of local interpolating splines in Barnhill
295. s U W m2 K Coefficient d absorption a Murs Conductivit thermique W m K Toiture Capacit c J kg K Plancher Masse volumique p kg m Coefficient de d perditions U W m K Ventilation D bit Be kg h Par ailleurs il peut ajouter un niveau interm diaire aux niveaux haut et bas avec pour cons quence l augmentation du nombre de simulations Ainsi si on consid re un plan factoriel complet o 7 facteurs sont analyser avec deux niveaux il faut r aliser 128 simulations tandis qu avec 3 niveaux on passe 2187 simulations on multiplie ainsi le nombre de simulations par plus de 17 Ceci tant ce passage de 2 3 niveaux peut tre n cessaire pour d tecter et au besoin quantifier les non lin arit s L analyse des r novations effectu es en France cf 1 montre qu elles portent essentiellement sur l enveloppe du b timent Nous avons donc distingu deux cat gories de solutions celles qui portent directement sur l enveloppe et celles qui sont des l ments ajout s serre mur capteur accumulateur puits canadien que nous nommons syst mes La premi re cat gorie s int gre directement dans les niveaux des plans d exp riences La deuxi me qui se situe g n ralement au niveau de r novation 2 ou 3 est identifi e en fonction des r sultats des plans d exp riences En outre une solution bioclimatique peut tre identifi e au pr alable sans autre alternative Pour ce faire l ho
296. s aa m F H R P T oa oa oa E CRITDIV Universit Claude Bernard Perspectives Nombre de crit res importants H i i LE ical lol x 13 121 1 hd to hd Sol 0017 VENO1VENO2 sale ui Sol 0018 BAIN1VENO2 mi Sol 0022 BAI01BAI02VEN02 Figure 96 Pr sentation des r sultats de l analyse multicrit res pour le logement collectif Marseille A Marseille Figure 96 le classement suivant est obtenu pour les diff rentes solutions Figure 97 Graphe de sur classement pour le logement collectif Marseille A Marseille Figure 97 la solution 17 surclasse la solutions 16 qui surclasse les solutions 18 et 22 qui surclassent les solutions 28 et 6 qui elles m me surclassent les solutions 1 2 et 24 Finalement le classement suivant est obtenu la premi re solution tant celle qui favorise le meilleur compromis entre tous les crit res Calfeutrement Ventilation naturelle solution 17 Ventilation naturelle solution 16 Th se de doctorat C FLORY CELINI 193 Universit Claude Bernard Fen tres performantes Ventilation naturelle solution 18 ou Fen tres performantes Volets Ventilation naturelle solution 22 Volets Isolation transparente Ventilation naturelle solution 28 ou Fen tres performantes Volets solution 6 Calfeutrement solution 1 ou Fen tres solution 2 ou encore Isolation transparente Ventilation naturelle
297. s avant 1974 en France et de l analyser Cela dit cette p riode correspond une r gionalisation de l architecture due notamment au contexte g ographique et l exploitation des ressources locales Il a paru plus int ressant de se focaliser sur la r alisation d une m thode pouvant dresser les priorit s d interventions sur les b timents choisis mais galement de pr ciser la m thodologie qui a permis d arriver la caract risation de ces derniers Toutefois il est noter les travaux en cours sur la r alisation de cette typologie par Energies Demain qui devrait fournir courant 2008 une tude regroupant les quelques deux mille typologies recens es en France Quelles sont les m thodes propos es dans la litt rature Des tudes ont t ex cut es dans l objectif d am liorer les performances nerg tiques des b timents existants avec une approche dite Isolation 10 telles que FFB et al 2004 qui consiste proposer un diagnostic dans le b timent de m me que Hauglustaine et al 2002 qui proposent un guide pratique pour les architectes sur la r novation et l nergie en Belgique D autres m thodes sont orient es sur une zone g ographique particuli re c est le cas de RehabiMed R habilitation de l Architecture Traditionnelle M diterran enne RehabiMed 2005 qui a pour objectif dans la zone m diterran enne d ordonner et de syst matiser les tapes du processus de r habilitation de la volont po
298. s d interaction du premier ordre a jx les effets d interaction du deuxi me ordre etc Pour explorer un domaine exp rimental de N facteurs on ne consid re pour chacun que les limites de sa plage de variation Cela revient consid rer un syst me de N facteurs 2 20 F rbringer 2006 M thodologie des plans d exp riences Notes de cours F rbringer JM EPFL Institut de Technique du B timent Laboratoire d nergie solaire et de physique du b timent 2006 54 niveaux qui a donc 2 tats possibles Il existe plusieurs mani res de repr senter l tat d un tel syst me Par commodit pour les calculs l tat d un facteur sera repr sent par un index 1 ou 1 suivant qu il est dans l un ou l autre de ses deux tats autoris s cf Figure 11 L tat du syst me est donc enti rement d crit si l on conna t le vecteur d tat contenant l index de chaque facteur ainsi que les valeurs physiques r elles auxquelles correspondent ces index 1 et 1 Cela est quivalent centrer et normer les variables du probl me quation 1 La nomenclature des plans factoriels est de la forme s o s est le nombre d tats consid r s pour chaque facteur et N le nombre de facteurs ceci correspond au nombre d exp riences du plan Le nombre de coefficients et d exp riences cro t exponentiellement avec le nombre de facteurs Pour un grand nombre de facteurs les plans factoriels deviennent vite impraticables et co teux Si les coe
299. s est quand lui inf rieur 1 Il ne semble donc pas tr s int ressant d utiliser la m thode fort coefficient convectif pour les b timents forte inertie d autant qu elle devient fastidieuse d s lors que l on souhaite int grer une fen tre dans une fa ade pour un probl me multizones Ces conclusions nourrissent une autre r flexion En effet les r sultats seraient ils si n gligeables dans le cas d ajout d isolant sachant qu une des priorit s en terme de r novation est l isolation Ceci pousse a consid rer un autre exercice dans lequel cette fois ci une isolation ext rieure est ajout e sur toutes les fa ades verticales Les caract ristiques thermo physiques de l isolant tant celles d crites dans le tableau d finissant les mat riaux En ajoutant 10 ou 15cm d isolant une erreur appara t sous TRNBUILD avec le b timent de 50cm d paisseur sous programme de TRNSYS permettant de d crire le b timent Error creating the wall transfer function coefficients Stability criteria not fulfilled Check layer definition thickness ratio of conductivity density Please check the INF File for further information La m thode a forts coefficients convectifs ne pose quant a elle aucun probl me de stabilit N anmoins pour la m thode classique en changeant la base de temps cf Tableau 30 sous TRNBUILD on s affranchit des probl mes de stabilit Cependant il faut veiller sous TRNSYS a indiquer le m
300. s forment un d cor Coignet 2005 P 39 92 5 2 2 2 Le logement de l entre deux guerres Joffroy 1999 souligne que l habitat de l entre deux guerres est un secteur globalement prot g de l habitat social Sauf exception la relative stabilit des habitants l a pr serv du cycle de la d gradation et de la d valorisation Elle note que la r habilitation de ces ensembles n a donc pas t plac e sous le signe de l urgence En revanche l exigu t et le faible niveau d quipement des logements placent les ma tres d ouvrage face un dilemme soit engager des travaux importants d actualisation au risque de fragiliser une population qui chappe souvent aux crit res de l Aide Personnalis e au Logement APL soit limiter l intervention des l ments de confort et risquer de r duire a terme la client le de ce patrimoine Moins probl matique l am nagement des espaces collectifs apporte une am lioration objective des conditions de vie 5 2 2 3 Le logement des ann es 1950 1975 L arriv e de l re industrielle a amorc un changement cons quent dans la fa on d appr hender la construction des b timents Les techniques de construction se sont ainsi vues transform es notamment par l apparition du b ton arm Les structures conomiques dans lesquelles s exercent l acte de construire ont galement t modifi es en profondeur Coignet 2005 note ainsi que entre 1950 et 1960 ces nouvelles tech
301. s importants gt fap N SOLUTIONS E FE 2 4 U g oS 5 7 UE 3 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Ventilation 11490 1 3 7 naturelle 24 Isolation transparente Ventilation naturelle 35600 1 PR 5 25 Calfeutrement Isolation transparente Ventilation naturelle 35820 1 0 15 26 Fen tres performantes Isolation transparente Ventilation 44616 2 15 5 naturelle 27 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 44836 2 15 5 Ventilation naturelle 28 Volets Isolation transparente Ventilation naturelle 37854 1 US 5 29 Calfeutrement Volets Isolation transparente Ventilation 38074 1 o 5 naturelle 30 Fen tres performantes Volets Isolation transparente 46870 2 15 5 Ventilation naturelle 31 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 47090 2 15 5 transparente Ventilation naturelle 32 Inertie 975 1 a 1 33 Calfeutrement Inertie 1195 1 ON 1 34 Fen tres performantes Inertie 9991 2 IDE 1 35 Calfeutrement Fen tres performantes Inertie 10211 2 5 1 36 Volets Inertie 3229 1 8 1 37 Calfeutrement Volets Inertie 3449 1 CON 1 38 Fen tres performantes Volets Iner
302. s l annexe cette technologie est pr sent e sous le nom de balcon vitr Ce choix est pouss par des raisons pratiques par le fait notamment que certaines configurations associent ce dispositif l installation de mat riau d isolation transparent sur les murs ext rieurs Ceci tant cette installation selon la litt rature n est pas la plus favorable Comme montr en annexe la typologie qui semble tre la plus int ressante est celle qui consiste installer la serre sur l int gralit des parois situ es au sud Il y est galement montr que TRNSYS n accorde que le Sud comme possibilit d installation de la serre c est au niveau de cette orientation que le balcon vitr est install Au niveau du Type 56 la connexion est r alis e par le biais d entr es de type condition aux limites notamment le d bit d air chang entre la serre et le s jour la temp rature et le flux de chaleur Plusieurs param tres d finissent le dimensionnement de la serre comme indiqu dans l annexe et certains sont rappel s ci apr s le d bit d air entrant dans la serre kg h la longueur de la serre de 0 5m la r sistance R du vitrage qui varie de 0 17 simple vitrage a 0 67 m K W double vitrage Low E Argon Les param tres suivants ne sont pas optimis s l paisseur du mur situ e dans la serre que l on supposera fixe car le mur Trombe est trait e par ailleurs et la largeur de la serre 7
303. s mobiles durant la saison chaude Un bon compromis entre ces deux p riodes est donc trouv 7 1 9 Comparaison des solutions bioclimatiques sur le logement collectif de 1900 Pour les diff rents indicateurs les solutions sont compar es et les r sultats sont repr sent s sur la Figure 59 et la Figure 60 A Lille les dispositifs favorisant le meilleur compromis sont l installation de fen tres performantes et de mat riaux isolation transparents associ s la ventilation naturelle tandis qu Marseille c est la m me combinaison qu Lille laquelle on adjoint des stores opaques notons que l am lioration de l inertie procure des performances quivalentes Ainsi Lille en terme de besoins de chauffage on les r duit d un facteur 10 par rapport au b timent non r nov tandis qu Marseille l indice de confort d t passe de 0 pr s de 20 Th se de doctorat C FLORY CELINI 142 Universit Claude Bernard R sultats de l application de la m thodologie TIM Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes TIM Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes TIM Ventilation naturelle Inertie Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie TIM Ventilation naturelle Inertie Fen tres performantes Ventilation naturelle Inertie TIM Calfeutrement Inertie
304. s plans d exp riences l int gration d autres facteurs est tout fait possible en terme de perspectives d volution Ainsi des strat gies sp cifiques de r gulation des solutions telles que la serre la ventilation nocturne le mur capteur accumulateur ou encore le puits canadien m riteraient une attention particuli re Au del de la r gulation l int gration de syst mes actifs ou encore hybrides constituerait une avanc e cons quente dans la perception de la pl nitude du syst me b timent Afin de rester dans la philosophie de la d marche il pourrait tre int ressant de consid rer les nergies renouvelables comme les panneaux photovolta ques l eau chaude solaire les capteurs hybrides les planchers solaires directs par exemple Elles pourraient tout fait constituer des bornes des plans d exp riences D ailleurs une tude similaire Filfi 2006 a int gr e sur des b timents tertiaires des solutions dites isolation et des syst mes actifs favorisant notamment le rafra chissement des locaux en t Ce que l on retiendra de cette tude c est que chaque b timent existant est un cas particulier d pendant de ses caract ristiques intrins ques mat riaux utilis s morphologie mais galement et c est un param tre fondamental dans cette approche de son environnement milieu rural urbain par exemple mais aussi de la v g tation des facteurs m t orologiques Pour une mod lisation se rapprochan
305. s sorties qui d coulent d exploitations statistiques Une matrice d exp riences est un objet math matique qui repr sente sous forme cod e ou norm e l ensemble des exp riences r aliser C est un tableau de N lignes correspondant aux N exp riences et de k colonnes correspondant aux k variables tudi es L l ment x de la matrice ainsi form e correspond au niveau que prend la j e variable cod e ou norm e la i me exp rience Une matrice d exp riences a une structure qui permet d obtenir les informations que l on demande avec une qualit suffisante La structure d une matrice d exp riences d pend de l objectif poursuivi quel que soit le domaine d application Par contre il est n cessaire de transformer cette matrice d exp riences exprim es en variables sans dimension en plan d essais qui d crit explicitement les exp riences que l on doit faire Un plan d exp rimentation ou plan d essais est la traduction d une matrice d exp riences en variables naturelles C est donc un tableau contenant des donn es directement utilisable par l exp rimentateur Ce tableau est comme la matrice d exp riences constitu de N lignes et de k colonnes Chacun de ses l ments Uj correspond au niveau que prend la j me variable naturelle la i me exp rience Dans la matrice d exp riences les colonnes sont souvent d sign es par Xj dans le plan d exp rimentation les colonnes sont souvent d sign es par Uj
306. ser les strat gies de ventilation naturelle prises en compte pour l am lioration du confort d t 96 Description du batiment existant Type 56 TRNSYS Besoins chauffage Nombre de Ermin Fite Niveaux des Temp ratures facteurs N facteurs des zones Sa FN min FN max ms n m a U A Matrice d exp riences Nu simulations sous TRNSYS m z 7 3 Etude param trique Simulations TRNSYS un Z lt a a Besoins de chauffage en hiver Temp ratures NEMROD Analyse des r sultas des plans d exp riences Organigramme d cisionnel Y g Int gration des dispositifs E ee g TRNOPT Simulations TRNSYS 5 z Es DECECCEEECEEECEPECEEECEEE EEE Besoins Temp rature par zone Comparaison des solutions Figure 23 M thode experte par les plans d exp riences en r habilitation MEXPER en consid rant les logiciels associ s de l auteur 5 4 1 Choix de NEMROD Usuellement les programmes commerciaux de math matiques comme Matlab Mathematica Nemrod ou Mapple ont une fonction qui g n re automatiquement les matrices d exp riences d crites dans la troisi me partie L utilisation d outil tel que Matlab n cessite la programmation de toutes les tapes des plans d exp riences Nous avons opt pour le logiciel Nemrod disponible et utilis au CETHIL qui a l avantage d tre tr s simple d utilisation et de proposer une biblioth que de plans d exp r
307. ses qui vont du diagnostic du batiment existant suivi de l identification des facteurs par l homme d tudes dont le nombre dicte les simulations a r aliser selon le plan d exp riences retenu Les r sultats de ces simulations sont alors renseign s dans l outil de plans d exp riences qui indique alors les effets de la variation des diff rents facteurs sur les indicateurs retenus Les solutions bioclimatiques sont identifi es parmi les suivantes fen tre serre mur capteur accumulateur puits canadien ventilation nocturne mat riaux changement de phase et mat riaux isolation transparents Le dimensionnement de certaines de ces solutions serre mur capteur accumulateur TIM peut tre optimis On a pu appr cier le fait que les m thodes d optimisation constituent un outil performant pour le dimensionnement et l am lioration des syst mes Ceci tant il est possible de r aliser une tude plus pointue sur l optimisation des syst mes notamment par l ajout de coefficients de pond ration sur les crit res retenus Ceci aurait amen plusieurs solutions en fonction des coefficients de pond ration MEXPER est appliqu e sur deux b timents de r f rence choisis sur deux p riodes de construction estim es int ressantes du fait qu elles correspondent aux p riodes les plus nergivores pour les logements anciens un logement collectif de 1900 construit en milieu urbain est retenu les logements collectifs construi
308. sibilit sur les l ments d un b timent r nover Ainsi nous avons test par exemple l influence de l augmentation de l inertie sur les besoins nerg tiques l influence de diff rentes protections solaires sur le confort d t Flory Celini et al 2006 nous avons galement tudi l impact du coefficient d absorption des parois sur le comportement thermique d un b timent Par ailleurs nous avons voulu galement int grer l impact de l environnement ext rieur Pour ce faire l influence d un b timent ext rieur vis vis sur le comportement thermique d un difice a t analys e Flory Celini et al 2005 et nous d veloppons les r sultats ci apr s en guise d exemple sur l influence de l environnement du b timent Dans le cadre de la recherche d une optimisation de la r novation bioclimatique la probl matique est dans une situation qui peut sembler d favorable au d part cas d un b timent am liorer orient plein Nord de tirer partie de l environnement et des propri t s thermo physiques des mat riaux choisis pour augmenter les gains solaires en hiver et viter le ph nom ne d blouissement en t source d inconfort visuel 21 M thode experte par les plans d exp riences en r habilitation 59 Pr sentation de la m thodologie MEXPER L influence d un b timent expos Sud sur les gains solaires de la fa ade d un b timent expos e Nord est rarement trait e confi
309. sing artificial neural network Kumar R Kaushik S C Garg S N Renewable Energy n 31 p 1139 1155 2006 Kummert 2007 USING GENOPT WITH TRNSYS 16 AND TYPE 56 Kummert M ESRU University of Strathclyde http sel me wisc edu trnsys demos genopt type56 pdf 2007 Kuznik et al 2006 Compr hension des effets de l inertie thermique cas des parois contenant des mat riaux changement de phase MCP F Kuznik J Virgone J Noel R Reisdorf Annales du Batiment et des travaux publics d cembre 2 8p 2006 Lachal et al 1992 Transformation du Chateau de Val re en mus e Effet du nouveau climat int rieur sur le batiment Lachal B Weber W Rapport pr liminaire CUEPE Universit de Gen ve 1992 Lachal et al 1993 Transformation du ch teau de Val re Effets climatiques de la nouvelle exploitation Lachal B Hollmuller P Weber W Rapport final CUEPE Universit de Gen ve 1993 Lachal et al 1995 PASCOOL Aymon building in Pascool Electronic Metahandbook passive cooling design and guidelines for mediteranean climate amp countries Lachal B Gallinelli P Hollmuller P CD Rom eds W Weber B Lachal H Drexler Galinelli P Gonzalez D CUEPE Universit de Gen ve 1995 Laponche 2004 Ma triser la consommation de l nergie Bernard LAPONCHE Ed Le Pommier 2004 207 Larousse 2000 Petit Larousse en couleurs Dictionnaire Librairie Larousse 2000 Le Corbusier 1957 L
310. solution 24 8 2 6 Conclusions sur l application de la m thodologie MEXPER sur un logement collectif de 1900 Les plans d exp riences r alis s sur les deux villes permettent de d gager les grandes tendances de r novation en terme nerg tique besoins en chauffage et de confort approche adaptative en t qui pr suppose l utilisation maximale de solutions passives Des effets diff rents sont obtenus en fonction des r ponses analys es et des zones graphiques consid r es Ainsi en hiver m me si la r novation des fen tres et l isolation par l ext rieur constituent les principales pr conisations elles diff rent pour le confort d t Les solutions d hiver devraient tre associ es des mesures ad quates a Marseille notamment l installation de volets et l application de la ventilation nocturne en t En consid rant une approche globale par l int gration d indicateurs suppl mentaires conomique environnemental sanitaire notamment des pr conisations diff rentes sont obtenues Dans les deux zones g ographiques l outil d velopp propose au d cideur de calfeutrer son b timent et d appliquer la ventilation naturelle Ces solutions ont l avantage d tre peu on reuses et d induire peu de nuisances Si on priorise les besoins en chauffage et l indice de confort d t l outil d aide la d cision a l avantage par rapport a la m thodologie des plans d exp riences de pr coniser des solutions fav
311. solutions bioclimatiques par une m thode d OPHMISAHON rhin ne nn in Amand ee ete en fn At ten ARR 83 4 8 1 Objectifs de la m thode d optimisation ss 83 4 8 2 Pr sentation de la m thode d optimisation retenue ss 84 4 8 3 Application de la m thode d optimisation aux solutions bioclimatiques retenues 84 4 9 Phase7 Comparaison des solutions bioclimatiques ss 85 410 Conclusions sur la pr sentation de la m thodologie ss 86 MISE EN UVRE DE LA METHODOLOGIE eee 87 5 1 Introduction asesinan inii snatocsnsvedasokdvedaseodusivede sovevedastebesdasuscucenenedeiuys esis 87 5 2 Choix des logements de r f rence ss dns nus seit 89 9 2 1 Ter OC Ut ON Essen Ent Re ee nee sn ast ER Re en 89 5 2 2 P riodes d construction retenues stand nesesessvessssosvacuchdhdvensedesucuce 90 02 2 1 Les logements anciens ss en E es en nn dise nt 90 5 2 2 2 Le logement de l entre deux guerres ss 93 5 2 2 3 Le logement des ann es 1950 1975 nus 93 5 2 3 Conclusions sur le choix des b timents de r f rence 94 5 3 Choix des solutions bioclimatiques ss 95 54 Choix d s outils res chess nt ann nn een ne AN ten ia nn 96 541 Choide NEMROD nn leven tel nn ren re ele a lent Mae lan 97 542 Choixde TRNSY Sis ni Bites a Men Ant ME Mt A ds toit ut 99 543 Choicde TRNOp ti sound en R AN abe teen pede chelate dhl aurea ae eee eel 103 5 5 Conclusions sur la mise en uvre de la m thodologie oo eee eee
312. ssu ancien des villes sur la fin du XIX me si cle et d but du XX mes Ces logements se situent g n ralement en zone urbaine et sont align s et mitoyens Le nombre de niveaux est fr quemment 5 avec un minimum de r 3 compos s de combles de caves et avec une exploitation du rez de chauss e en commerce L tat des lieux permet de r aliser le diagnostic Les plans les photos et les m tr s ont t fournis par l OPAC du Grand Lyon Des informations compl mentaires ont t glan es par des entretiens avec les services techniques Figure 39 Photo de la fa ade est du logement collectif construit avant 1914 et situ Lyon Cet tat des lieux est compl t par les travaux de Grauli re 2005 pour recenser les mat riaux utilis s et par Cstb 1980 pour leurs caract ristiques thermo physiques Les mat riaux employ s la construction sont d une part les mat riaux locaux et aussi les premi res briques pleines de fabrication industrielle g n ralement enduits au mortier de pl tre Les planchers bas sont r alis s en poutres et solives bois supportant les augets aire de pl tre et sols bas Les planchers hauts sont en pl tre sur lattis ensemble de lattes assembl es jointivement ou espac es Tableau 31 Composition des parois 5 Mur ext rieur et mur int rieur adjacent Enduit pl tre D signation Mat riau Epaisseur cm U W m K Enduit pl tre 0 1 Cloison Platre courant 5
313. t res importants Tableau 59 Construction de la note 1 NOTE AGGR 1 Ampleur des travaux Lourds dans zdv L gers dans zdv Tr s l gers Hors_zdv Habitabilit du logement C B A 2 1 0 3 2 1 4 4 4 2 Construction de la note nuisance des travaux Par croisement de la note 1 avec la dur e des travaux on construit la note nuisance des travaux donnant une appr ciation g n rale de la nuisance induite par les travaux Tableau 60 Construction de la note nuisance des travaux NOTE NUISANCE TRVX Dur e des travaux gt 6 semaines lt 6 semaines lt 2 semaines lt 1 semaine NOTE AGGR 1 3 2 1 0 0 5 6 9 10 1 4 5 8 9 2 2 3 6 8 3 1 2 5 7 4 0 1 4 6 Tableau 61 Exemple de notes attribu es aux solutions bioclimatiques 8 Solutions Note AGGR 1 Calfeutrement Capteur a air Fen tres performantes Isolation transparente Mat riaux a changement de phase Mur Trombe Plancher isol Volets Puits canadien Serre Toiture isol e Ventilation naturelle OINIR OIo E E ER olowo Pour une combinaison de solutions la note retenue est celle de la solution induisant le plus de nuisances soit la plus faible note des solutions Ces crit res permettent de remplir les lignes du tableau de performances pour chaque solution ou couplage de solutions retenues cf 8 2
314. t rieur Le travail pr liminaire a t de cataloguer mod liser et positionner entre elles les solutions bioclimatiques dans le r sidentiel Une tude d taill e de ces strat gies est disponible Flory Celini 2008 Les diff rents dispositifs mod lis s par le logiciel de simulation thermique dynamique y sont galement pr sent s Annexes En parall le nous avons identifi les b timents de r f rence r nover cf 8 5 2 Les limites de l analyse de sensibilit au sens classique du terme notamment lorsque les param tres sont interd pendants deviennent alors manifestes L analyse des performances et du positionnement des solutions requiert en effet de se placer dans un nombre de situations qui devient pratiquement infini si l on voulait croiser tous les param tres possibles ceux li s au site entre autres En outre l installation de certains dispositifs n est pas pertinente sur tous les b timents Ceci pousse adopter la m thode des plans d exp riences qui permet de r duire consid rablement le nombre de cas analyser et de trier les diff rents l ments du b timent par ordre d efficacit 61 Les actions efficaces sont alors pr conis es selon les r sultats nerg tiques sur les diff rents l ments du b timent fa ades externes parois internes toiture parois transparentes plancher et la ventilation Face ces actions sont associ es des solutions bioclimatiques correspondantes pour ce f
315. t au mieux de la r alit le comportement thermique des mat riaux composant les b timents anciens devrait tre int gr En effet les performances des l ments se d gradant avec le temps ce ph nom ne pourrait tre consid r par le biais d un facteur de d gradation Le b timent est lui seul un syst me qui est compos de sous ensembles que nous avons appel facteurs Chaque sous ensemble est caract ris par de nombreux param tres d finis par leurs propri t s thermo physiques L ajout d un syst me tel que la serre ou le puits canadien ne s improvise pas et souligne la complexit d finir des solutions cl en main pour n importe quel b timent Pour rependre la m taphore de l tat de l art cf 2 1 la solution universelle consisterait pr coniser des oligo l ments une alimentation quilibr e et des activit s sportives en pr traitement et l tude de solutions bioclimatiques une ordonnance sp cifique en fonction de la maladie d cel e Le comportement du b timent d pend de param tres intrins ques de son enveloppe mais galement de son environnement et de ses occupants La prise en compte de l environnement n cessite une analyse de site pr cise diagramme de masques vents dominants climat v g tation gisement solaire Cependant un degr sup rieur serait la prise en compte du microclimat le d veloppement de l architecture bioclimatique passant n cessairement par une meilleure conn
316. t et de la ville 2007 La notion de diagnostic de performance nerg tique des batiments est issue de la directive europ enne sur la performance nerg tique des b timents EurLex 2003 CEN 2006a b Conseil_Europ en 2002 qui vise donner un cadre europ en aux politiques nationales de r duction des consommations d nergie des b timents existants et construire dans la perspective de la mise en uvre du protocole de Kyoto Le diagnostic de performance nerg tique a pour objectifs pour le futur propri taire ou le futur locataire Ademe 2006 D informer sur la consommation nerg tique du logement et le co t moyen de celle ci De sensibiliser aux cons quences de sa consommation en nergie sur le climat de notre plan te en rep rant cette consommation et les missions de CO qui en r sultent d une part sur une tiquette nergie et d autre part sur une tiquette climat suivant une chelle de A logement conome G logement nergivore De donner des conseils pour ma triser sa consommation sous forme de recommandations de gestion et de comportement et au futur propri taire des recommandations de travaux d conomie d nergie ou de lutte contre l effet de serre Parall lement la r glementation et au DPE plusieurs initiatives ont clos en France sur le modele des voisins europ ens nous en relevons quelques unes Le label HPE Haute Performance Energ tique
317. t et ventilation naturelle changeur air sol mat riaux a isolation transparents mat riaux a changement de phase les hypoth ses appliqu es sont pr cis es ci dessous Elles sont suivies des sp cificit s li es la mod lisation des b timents de r f rence retenus la fa on dont on traite la temp rature de sol mais galement quelques exercices qui ont t int gr s afin de tenir compte de particularit s li es l utilisation de TRNSYS notamment la mod lisation d une toiture inclin e ainsi que le traitement de parois paisses par le logiciel La p riode de chauffage consid r e s tale du ler octobre au 31 avril Les besoins de chauffage sont valu s pour une consigne de 21 C en journ e et 19 C en soir e de 21h 6h en hiver et les besoins de refroidissement pour une consigne de 26 C en t 6 1 Hypoth ses concernant les solutions bioclimatiques Pour chacune des solutions non optimis es nous avons justifi le choix des bornes sup rieures cf Conclusions des solutions bioclimatiques Les principales hypoth ses sont pr sent es et constituent la borne sup rieure des plans d exp riences Pour nos applications la r novation des fen tres suppose qu elles sont calfeutr es 2 Le simple vitrage sur les b timents existants est remplac par des fen tres performantes fen tres compos es de double vitrage peu missif avec ch ssis en bois Les caract ristiques de ces vitrages sont
318. t l analyse effectu e lors du diagnostic du b timent Nous avions en effet not qu Lille l indice de confort calcul tait surtout d de basses temp ratures tandis qu Marseille l indice de confort est d de hautes temp ratures En outre les pr conisations d hiver ne sont pas toujours favorables l am lioration du confort d t C est le cas de l installation de mat riaux d isolation transparents Finalement l association de certains l ments a une probabilit non n gligeable d avoir des effets sur le confort A Lille la pr sence de protection solaire et les mat riaux d isolation transparents d une part et la pr sence de protection solaire et la ventilation nocturne d autre part et enfin le type de fen tres et la pr sence de protection solaire A Marseille le type de fen tres la pr sence de protection solaire et la ventilation nocturne Pour les deux villes en t les associations des facteurs les diff rents l ments du b timent ont un impact cons quent sur l indice de confort d t Comment s explique cette interaction L tude d taill e de ces interactions est maintenant pr sent e cf Figure 48 a Figure 53 7 1 6 3 1 Etude des effets d interaction Lille A Lille les effets sont regroup s en fonction de leur importance sur la figure suivante IndConf_Ete_Lil b2356 b356 p24 b2345 D249 535456 b35 b345 b3 Figure 48 Etude des effets sur la r
319. t obtenue par la m thode des plans d exp riences dont les principes sont pr sent s ci apr s 49 Etat de l art Th se de doctorat C FLORY CELINI 50 Universit Claude Bernard 3 PLANS D EXPERIENCES Afin d optimiser le choix des solutions bioclimatiques dans l habitat existant il semble ad hoc d analyser les priorit s d actions en terme d installation de dispositifs bioclimatiques En ce sens tudier l impact de chaque l ment du b timent sur le comportement thermique de ce dernier parait pertinent Les solutions associ es aux l ments prioritaires seront ensuite identifi es par l homme d tudes Afin de dresser un organigramme d cisionnel en terme d interventions sur le b ti une m thode math matique permettant de r duire le nombre de simulations ce qui est strictement n cessaire pour prendre une d cision engendrant ainsi un gain de temps consid rable a t choisie C est la m thodologie des plans d exp riences Pour nos applications ces exp riences d terminent l influence de la variation de l tat de tel ou tel facteur du b timent sur les performances choisies de ce dernier 3 1 De l utilit des plans d exp riences x L origine des plans d exp riences remonte au d but du si cle dernier des fins agronomiques Ils reposent essentiellement sur des exp rimentations multi facteurs et sur un traitement des r sultats l aide de r gressions multiples et d
320. t une temp rature moyenne de sol de 10 C 111 6 4 Choix des coefficients convectifs Des calculs sp cifiques ont du tre r alis s pour la mod lisation de la maison individuelle de 1966 On peut ainsi noter notre d marche de mod lisation d une toiture inclin e sous TRNSYS et notamment l int gration des coefficients convectifs appropri s Les coefficients convectifs des parois internes sont calcul s par le logiciel TRNSYS Pour les autres parois verticales les valeurs par d faut sont retenues Tableau 24 Valeurs par d faut constantes du coefficient d change convectif retenues sous TRNSYS Ext rieur Int rieur Parois verticales 18 W m2 K 3 W m2 K Pour les parois inclin es telles que la toiture le calcul s effectue via une entr e li e une quation d di e aux calculs des coefficients convectifs d crits ci dessous Le cours de Brau 2006 permet de calculer les coefficients convectifs ext rieurs d une paroi inclin e On y trouve l expression de ces coefficients en convection forc e pr sence de vent pour une plaque d inclinaison quelconque en fonction des nombres de Nusselt Reynolds et Prandtl en r gime laminaire 7 ive Ai Nu a SRet Pr Equation 9 i E Bt Va TE HC Avec i et il vient 1 eae ee 1 h u5 M es AR Equation 10 E i Les propri t s thermo physiques de I air tant p 1 275 kg m Masse volumique de l air u 17 19 10 Pas
321. tement optimis e 4 8 Phase 6 Evaluation des performances des solutions bioclimatiques par une m thode d optimisation Un dimensionnement simple comme celle des r gles du pouce dans le cas d un puits canadien pr sent en annexe n est g n ralement pas possible pour la plupart des solutions complexes mur Trombe serre TIM Plusieurs facteurs tels que la typologie du b timent et la zone g ographique agissent en effet sur le choix de leur g om trie Le dimensionnement et l optimisation d un syst me h t rog ne n cessitent d adopter une d marche globale de la conception 4 8 1 Objectifs de la m thode d optimisation Selon Regnier 2003 dans le monde industriel la recherche de performances de rentabilit et de fiabilit est au coeur des processus de conception et de production des systemes Face a la complexit toujours croissante des dispositifs et a la n cessit d tre toujours innovant en des temps records pour rester comp titif les ing nieurs se trouvent en pr sence de probl mes comportant de nombreux imp ratifs de conception Les syst mes modernes voient interagir de plus en plus de disciplines diff rentes au sein d une m me application entra nant du m me coup des difficult s li es la prise en compte des couplages pouvant exister entre ces domaines Quand s ajoute a ces consid rations la recherche de performances particuli res tout en assurant la mission confi e au
322. tie 12245 2 14 1 39 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Inertie 13440 3 5 1 40 Isolation transparente Inertie 36575 2 En 1 41 Calfeutrement Isolation transparente Inertie 36795 2 En 1 42 Fen tres performantes Isolation transparente Inertie 45591 3 liom 1 43 Calfeutrement Fen tres performantes Isolation transparente 45811 3 15 11 Inertie 44 Volets Isolation transparente Inertie 38829 2 1 45 Calfeutrement Volets Isolation transparente Inertie 39049 2 2 1 46 Fen tres performantes Volets Isolation transparente Inertie 47845 3 15 1 47 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Isolation 48065 3 1514 transparente Inertie 48 Ventilation naturelle Inertie 975 1 on 1 49 Calfeutrement Ventilation naturelle Inertie 1195 1 ON 1 50 Fen tres performantes Ventilation naturelle Inertie 9991 2 14 1 51 Calfeutrement Fen tres performantes Ventilation naturelle 10211 2 Hi Inertie 52 Volets Ventilation naturelle Inertie 3229 1 cn 1 53 Calfeutrement Volets Ventilation naturelle Inertie 3449 1 Om 1 54 Fen tres performantes Volets Ventilation naturelle Inertie 12245 2 14 1 55 Calfeutrement Fen tres performantes Volets Ventilation 13440 3 naturelle Inertie 56 Isolation transparente Ventilation naturelle Inertie 369750 2 13 1 57 Calfeutrement Isolation transparente Ventilation naturelle 3
323. tien des installations consommant de l nergie est surtout important dans le cas des chaufferies Ils se distinguent parfois mal des travaux de r novation diffuse On con oit que les distinctions ci dessus aux d finitions floues ne permettent pas des statistiques pr cises En outre on ne dispose pas d l ments d taill s sur la r partition entre les quatre types d intervention ainsi d finis Mais les donneurs d ordre du secteur global de la r habilitation des logements entendu dans le sens le plus g n ral de travaux sur un b timent existant sont assez bien connus La Figure 3 illustre leur r partition en volumes En consid rant la r partition entre la r habilitation la r novation compl te d un logement et la r novation naturelle diffuse d finies ci dessus on ne peut qu mettre des conjectures la r habilitation d immeubles limit e en pratique aux gros bailleurs priv s et aux HLM concerne probablement moins de 10 du total et les r novations compl tes d un logement et la r novation naturelle diffuse se partagent les 90 restant R sidences secondaires 8 Locataires 3 Autres logements vacants et autres bailleurs 6 M nages propri taires bailleurs 11 M nages te acqu reurs de amp gernes i logements Se anciens 30 principale 31 Figure 3 Travaux sur les logements existants par types de propri taires Orselli 2005 La
324. tions chauffage climatisation ou les productions panneaux solaires nerg tiques annuelles des quipements d un b timent Ces simulations peuvent tre r alis es en fonction de 99 l emplacement des mat riaux de construction utilis s de l architecture du concept nerg tique choisi entre autre A travers son interface graphique l utilisation du logiciel TRNSYS est simple La force de TRNSYS r side dans la biblioth que du logiciel o quelques 50 familles de composants sont disponibles ces derniers repr sentant le b timent mono ou multi zones les quipements chauffage climatisation les donn es m t orologiques les r gulateurs il suffit de choisir les bons composants et de les relier entre eux pour r aliser une simulation permettant de mod liser l environnement complet d un b timent Si l utilisateur ne trouve pas de composant ad quat dans la biblioth que il peut galement y ajouter ses propres composants En revanche certains cueils ont t rencontr s notamment dans le mod le de b timent le Type 56 dont l interface est TRNBuild Ainsi l int gration de parois paisses non associ es un choix de pas de temps correct peut entra ner des erreurs de calcul sur les r ponses consid r es ceci tant notamment d au mod le de mur qui consid re la transform e en Z pr sent au 6 6 1 en revanche la rapidit de calcul des diff rentes m thodes a t compar e par Berges 1986 dans
325. tr s peu d nergie elles sous tendent en effet d viter l utilisation de syst mes actifs elles sont retenues dans le cadre de cette tude En revanche leur installation ne d coulent pas d une improvisation et n cessite d int grer des param tres tels que le climat l environnement ext rieur et galement des facteurs comportementaux Autant les principes sont facilement applicables dans le cadre d une construction autant cet exercice est moins ais pour une r novation Ceci tant elles peuvent permettre d atteindre une r duction des besoins d un facteur 4 comme montr sur la figure suivante Dans le cas consid r la plus grande r duction des besoins de chauffage est obtenue pour une maison existante r nov e par l installation de mat riaux d isolation transparents de fen tres performantes double vitrage basse 31 Introduction g n rale missivit d un puits canadien VN sur la figure de mat riaux a changement de phase MCP de stores opaques et l isolation de la toiture Batiment non r nov Fen tres performantes FP Toiture Stores Ventilation naturelle VN TIM FP Toiture Stores VN TIM FP Toiture MCP VN TIM FP Stores MCP VN TIM o gt D Stores MCP VN FP Toiture Stores MCP VN TIM FP Toiture Stores MCP Figure 4 Comparaison des besoins de chauffage induits par diff rentes solutions bioclimatiques sur une maiso
326. ts avant 1948 tant les plus nergivores pour les difices d apr s guerre une maison individuelle de 1966 en milieu rural la p riode de construction des maisons individuelles consommant le plus d nergie se situant entre 1949 et 1974 Deux zones g ographiques sont consid r es Lille avec un climat oc anique et Marseille qui dispose d un climat m diterran en Les applications s appuient certes sur des logiciels sp cifiques tels que TRNSYS pour la simulation thermique dynamique Nemrod pour les plans d exp riences TRNOPT pour l optimisation elles peuvent tre n anmoins employ es avec des outils ayant les m mes finalit s Prenons le logiciel d optimisation il est bas sur Genopt utilisable avec d autres logiciels de simulation thermique dynamique tels que Energyplus DOE2 De m me que n importe quel logiciel de plans d exp riences peut tre utilis Ainsi certains auteurs ont d velopp leur code pour appliquer la m thodologie des plans d exp riences De fait en amont le choix du logiciel de simulation dynamique est assez souple il doit n anmoins consid rer le couplage des ph nom nes tudi s Des tudes sp cifiques ont t r alis es pour int grer des caract res inh rents aux b timents existants comme le comportement thermique des parois paisses ou encore la prise en compte des ph nom nes d humidit dans TRNSYS En revanche vue l analyse experte sous jacente ce travail cette m thodo
327. ts d interaction L ordre de ces effets d interaction va d pendre de la sous cat gorie de plan retenue les plans de m lange plans permettant d tudier les facteurs d pendants Il existe des catalogues de plans d exp riences Si le plan que l on souhaite r aliser n existe pas il est toujours possible de le construire la main Le choix du plan peut tre galement born par des contraintes temporelles I se peut que l homme d tudes comme c est souvent le cas soit limit dans le temps qui lui est imparti Il doit alors trouver un bon compromis entre temps de calcul et la commodit d analyse de l information Ainsi un plan de Hadamard n cessite peu d exp riences mais l interpr tation des r sultats n est pas toujours ais e Le Tableau 14 compare pour les plans retenus le nombre de simulations n cessaire Pour un faible nombre de facteurs S3 l analyse de sensibilit au sens classique du terme peut suffire 0 30 En revanche elle ne fournit pas une exploitation directe des r sultats C est l homme d tudes de la r aliser 74 Pr sentation de la m thodologie MEXPER Tableau 14 Nombre d exp riences r aliser en fonction du nombre de facteurs et du mode exp rimental retenu N est le nombre de facteurs de l auteur Nombre de simulations Plans de Plans de Rechtschaffner Plans factoriels complets Hadamard N
328. ts diff rents sont obtenus M me si les priorit s d interventions sont similaires en p riode froide installation de fen tres performantes et adjonction de mat riaux d isolation transparents des distinctions subsistent C est le cas par exemple des effets de couplage de ces deux l ments Marseille sur les besoins en chauffage C est galement le cas pour les effets sur l indice de confort d t Un facteur de r duction de 10 est not pour Lille et Marseille par l association de ces deux l ments Le facteur 4 est donc largement atteint A Lille l adjonction de fen tres performantes permet d une part une r duction importante des besoins en chauffage facteur pr pond rant mais c est galement l l ment isol qui permet la meilleure am lioration du confort d t Au niveau des effets d interaction relev s les protections solaires seules ou agissant avec d autres facteurs ont des effets n gatifs sur l indice de confort d t 140 R sultats de l application de la m thodologie A Marseille les solutions favorisant la r duction des besoins en chauffage d gradent l indice de confort d t En revanche le couplage de ces solutions avec des volets la ventilation nocturne ou encore l inertie dans une moindre mesure compense sinon am liore ce ph nom ne L analyse des effets des facteurs et des r sultats de simulations aboutit aux pr conisations d crites dans le paragraphe suivant 7
329. tte derni re a disparu des r gions partir de la chute de l Empire romain pour r apparaitre dans certaines d entre elles au d but du XII s et de mani re plus g n ralis e au XV s Jusqu au premi res d cennies du XXe s la construction de briques se rencontre surtout dans les r gions o la pierre est rare Jusqu au ann es 1920 l usage de la brique crue moul e et s ch e sur le chantier s est maintenu dans certaines r gions notamment dans les Pyr n es Deux types majeurs de briques sont distingu s la brique du Nord qui s est g n ralis au cours du XIXe s format 6 10 5 22cm la brique plate et de grand format dans le midi toulousain majoritairement mise en uvre jusqu la fin du XIXe s 5 28 425 Murs en pierres s ches Utilisation souvent limit e la construction d annexes ou de petits b timents ruraux isol s Enduits4 Enduits ext rieurs mortier en pis banch Argile Pierres s ches Mortier de chaux a rienne ou hydraulique parfois un mortier de pl tre L enduit est souvent multicouche le plus courant est form de trois couches Enduits int rieurs et chaux ou de pl tre seul Chaux pl tre et chaux ou pl tre Dans les pi ces d habitation le pl tre est le plus souvent utilis 4 Les murs en pierres appareill es ne sont pas enduits le parement tant dress apparent de m me que ceux dont la disposition des l ment
330. ttent de r aliser alors le diagnostic du batiment 68 Les couches d une paroi sont d finies de l ext rieur vers l int rieur de la zone Th se de doctorat C FLORY CELINI 146 Universit Claude Bernard 7 2 2 1 Hypoth ses de simulation Concernant les charges internes et le m tabolisme les m mes hypoth ses que pour le logement collectif sont retenues Pour la mod lisation de l humidit les r sultats suivants sont obtenus Tableau 45 Coefficients d humidit consid r s dans les diff rentes pi ces Pi ces Ksurf Msurt Bsurf Kdeep Madeep Bdeep Sous sol 0 04 8394 32 25 1 335 8 99 76 Pi ces de services 0 02 3183 2 12 61 1 63 66 37 83 S jour Chambre 1 0 02 2692 64 10 67 1 53 8 32 Chambre 2 0 02 1464 12 5 8 1 29 28 17 4 Chambre 3 0 02 1054 33 4 17 1 21 08 12 53 Chambre 4 0 02 1346 32 5 33 1 26 92 16 Chambre 5 0 02 1211 68 4 8 1 24 23 144 Placards 0 02 1346 32 5 33 1 26 92 16 7 2 2 2 D coupage des zones thermiques dans TRNBUILD Figure 62 Plan du sous sol Pi ces de service 8 fm Figure 63 Plan du rez de chauss e 147 amp AAA 4 3 fm m Figure 64 Plan de l tage 7 2 2 3 Mod lisation a raulique Afin de tenir compte du vent une hauteur de 7 5m entre le sol et le fa te de la toiture est renseign e dans TRNFLOW Pour des b timents allant jusqu trois tages Orme et al 1998 propose des coefficients cp en
331. ude Bernard 8 2 D veloppement de l outil d aide la d cision Reflex Bio L objectif de ces travaux est la r alisation en perspectives d un outil d aide a la d cision a l attention du particulier client EDF qui souhaite r nover son b timent EDF R amp D dans le cadre du D fi BIEN B timent Intelligent Econome Naturellement a r alis un outil similaire ayant une approche classique Les documents de r f rence utilis s pour le d veloppement de cet outil sont repris dans cette partie Pasanisi 2005 Pasanisi et al 2008 et Azar et al 2007 8 2 1 D marche intellectuelle de l outil d aide la d cision L efficacit nerg tique d un b timent peut tre am lior e en agissant sur plusieurs leviers isolation ventilation syst mes nerg tiques et leur r gulation clairage La r novation nerg tique est donc un processus complexe r sultant de la superposition de plusieurs actions et le nombre d alternatives devant tre examin es est en g n ral assez important Dans ce cadre un travail a t initi sur la mise en place d un outil d aide la d cision en r novation bioclimatique des b timents Le choix entre les solutions propos es est difficile parce qu il doit se faire sur plusieurs crit res qui peuvent tre en conflit entre eux co ts conomies d nergie confort etc Il s agit donc d un probl me multicrit res pour lequel il n y a pas de solution
332. uite class es par ordre de prix 8 2 4 2 Qualit environnementale de l op ration L objet de cette proc dure est d valuer pour chaque solution le gain de qualit environnementale offert par la solution de r novation par rapport au b timent existant La qualit environnementale d une solution de r novation est valu e partir des appr ciations qualitatives du caract re cologique de la solution propos e Au d part nous souhaitions agr ger ces appr ciations en une note allant de 0 10 0 tr s bonne 10 tr s mauvaise indicateur global de la qualit environnementale de solution de r novation en int grant l analyse du cycle de vie de la solution La plupart des solutions ne disposant pas de fiche environnementale nous avons apr s m re r flexion et consultation aupr s des personnes en charge de ces questions au sein d EDF R amp D de tenir compte de ce crit re mais de fa on non discriminante Pour ce faire nous valuons les solutions sur la base de deux notes 0 impact environnemental estim comme tant faible et 1 impact environnemental estim comme tant fort Tableau 56 Exemple de classement des mat riaux selon leur qualit environnementale pour les solutions retenues Solution Note Capteur air 1 Calfeutrement 0 Fen tres performantes 1 Isolation transparente 1 Mat riaux changement de phase 1 Mur Trombe 1 Plancher isol Puits canadien Serre Double vitrag
333. une heure Quelque soit le mur les flux de chaleur en conduction respectifs des faces interne et externe du mur s expriment cf Figure 34 k Na np Na CNE TE LN pk rk UN GE dso z Da To gt b Toi pace dso et k 0 k 0 k 0 Np Ne Na Jk oN AE TE ON LE PE UN JE dsi a yD To ye Ti Da dsi k 0 k 0 k 0 Ces quations de s ries en temps des temp ratures et flux de chaleur sont valu es aux m mes intervalles de temps Les coefficients ak bk ck et dk sont des caract ristiques intrins ques du mur Ils rendent comptent de toutes les informations de conduction capacit calorifique et paisseur de chaque couche du mur quation 19 Le coefficient k se r f re au terme dans les s ries de temps Le temps en cours est k 0 le temps suivant est k 1 etc Le temps de base sur lequel ces calculs sont effectu s est sp cifi par l utilisateur dans la description du b timent sous TRNBUILD Les coefficients des s ries en temps sont d termin s dans le programme TRNBUILD utilisant la transform e de transfert en z cf Annexe partie sur la fen tre A1 5 La m thode de la fonction de transfert de Mitalas ou facteurs de r ponse peut tre d crite comme la m thode dite Histoire thermique du mur Le nombre de pas de temps k relativement au temps de base d fini par l utilisateur montre que pour le mur l ger avec une masse thermique lev e k lt 20 seul un petit pas de temps doit tre consid r p
334. ur viter les dommages la construction et les d g ts qu ils entra nent cro tre la dur e de vie des diff rents l ments de construction augmenter le confort am liorer le climat ambiant assurer des temp ratures quilibr es l int rieur de la maison r duire les nuisances sonores utiliser des mat riaux de construction mieux tol r s par les habitants cr er des pi ces plus claires recevant plus de lumi re du jour contribuer am liorer la structure sociale du quartier ou encore revaloriser le quartier Elle est aussi utile pour am liorer l aspect du b timent pr server et augmenter la valeur de l immeuble et r duire les frais nerg tiques et les charges accro tre l ind pendance en mati re de politique nerg tique de politique des prix des imp ts et des taxes Elle peut aussi am liorer la qualit de vie pour les habitants permettre une meilleure exploitation des volumes r duire les pertes d nergie dans le b timent liminer les ponts thermiques diminuer la consommation d nergie optimiser le bilan nerg tique utiliser parcimonieusement les ressources nerg tiques lutter contre la pollution de l environnement Ont t montr s ici les enjeux d une r habilitation nous avons galement employ le terme r novation de quoi parle t on 27 ntroductic 1 2 3 Les diff rents niveaux de r novation Orselli 2005 montre la difficult de caract riser les types de r
335. ur peut alors choisir des solutions bioclimatiques identifi es par la m thodologie MEXPER Une application de cet outil est illustr e pour le logement collectif de 1900 Certains crit res comme la qualit environnementale m riteraient d tre approfondis une fois que les fiches environnementales et sanitaires des solutions seront disponibles D autres devraient tre int gr s c est le cas de l clairage naturel Des solutions pr conis es la fen tre est r currente pour des typologies et des climats diff rents Rappelons que c est le dispositif g n ralement install pour des raisons conomiques Dans les ouvrages architecturaux il est pr n comme tant la solution bioclimatique par excellence Au del des performances thermiques des syst mes l installation de ces solutions et la prise en compte des ph nom nes environnementaux am nent une r flexion de type sociologique qui souligne le caract re inter disciplinaires de cette probl matique A titre d illustration si on consid re l installation d une serre elle sert certes d espace tampon mais elle agr mente le quotidien d une surface suppl mentaire dans laquelle il est possible d installer des plantes Elle peut procurer par ailleurs une vue plus grande sur l ext rieur contribuant ainsi l am lioration du cadre de vie Ce dernier point peut constituer un crit re int grer dans l outil propos Pour ce faire une tude sociologique peut tre n cess
336. urellement l approche adaptative semble la mieux adapt e Moujalled 2007 Afnor 2007 Energy Agency 2007 Plusieurs mod les de confort adaptatif ont t d velopp s Pour int grer cette approche nous avons apr s avoir consid r celle de De Dear De Dear et al 2002 cit par Energy Agency 2007 retenu le calcul propos dans la norme NF EN 15251 Afnor 2007 qui elle retient un lissage journalier pour les b timents non climatis s comme indiqu dans l Equation 5 Afnor 2007 indique les temp ratures int rieures acceptables en t saison de rafra chissement Elles sont pr sent es pour les b timents non climatis s sur la Figure 17 Ce mod le de confort est retenu les coefficients utilis s correspondant aux climats fran ais M tropole contrairement l approche de De Dear Les temp ratures op ratives int rieures permises de la figure sont repr sent es en fonction de la temp rature journali re en moyenne glissante Orm Ceci est d fini comme la fonction de la moyenne pond r e exponentiellement de la temp rature ext rieure journali re On 1 site Bite 8 3 Equation 5 Cette quation peut tre simplifi e comme suit fa 7 agate Ge Equation 6 Orm Temp rature moyenne glissante du jour pour 24h Orm1 Temp rature moyenne glissante de la veille Oed1 Temp rature moyenne journali re ext rieure de la veille Oed 2 Temp rature moyenne glissante ext rieure de l
337. ures parfois toxiques ou allerg nes cf Figure 30 destruction des mat riaux organiques notamment le bois par des moisissures et des champignons apparition d efflorescences cristallines sur les parois et le d collement des peintures L objet ici n est pas de d crire les transferts de masse dans les milieux poreux car en terme de simulation en thermique du b timent les caract ristiques tudi es sont celles de l air l int rieur d une zone et non l volution des caract ristiques internes des mat riaux Il n emp che que la prise en compte de l humidit est un facteur n cessaire pour aboutir des pr cisions correctes ceci tant vident dans le cas de syst mes de ventilation r gul s par l humidit relative Woloszyn 1999 108 Hypoth ses de simulation Figure 30 Illustration des cons quences de l humidit dans le b timent Travaux 2007 Pour une information d taill e de la mod lisation hydrique des b timents le lecteur pourra se r f rer Woloszyn 1999 et Lucas 2001 Seront pr sent s ici les deux mod les propos s par TRNSYS Le premier mod le est un mod le capacitif et le deuxi me tampon hygroscopique L humidit est prise en compte au niveau de la d termination de l indice de confort le PMV TRNSYS indique galement les parois qui sont soumises au ph nom ne de condensation dans les diff rentes parois des zones tudi es Le Type 56 traite de l humidit dans la
338. uxi me questionnement la m thodologie propos e se veut tre une feuille de route pour le prestataire de r novation qui aura le loisir de renseigner les r novations partielles appliqu es au b timent dans la caract risation thermique de ce dernier Plus grandes seront les informations sa disposition meilleure sera la mod lisation du b timent Enfin l int gration d hypoth ses comportementales est absolument n cessaire On pourrait ainsi appeler les syst mes propos s des technologies homo climatiques pour aller au del du pr fixe bio qui sous entend la vie dans sa g n ralit pour renforcer l importance de l implication de l homme dans l application de ces strat gies Ainsi Dereymez 2007 par l tude d un b timent haute efficacit nerg tique quip de v randas solaires souligne les r sultats surprenants sur l ouverture des fen tres accol es aux serres durant la p riode de chauffage L auteur remarque que cette ouverture peut aller de 4 20 heures par jour et note que cette fa on d agir entra ne malheureusement une diminution de l efficacit de la v randa qui se devrait d agir comme un capteur solaire Ceci est en relation avec l exploitation des donn es de consommations du CEREN cf 5 2 1 qui montrent que m me apr s la mise en uvre des r glementations les consommations ne diminuent pas forc ment les aspects comportementaux pouvant tre une des causes possibles 27
339. ve Properties Unit Value Thickness ym 75 Width mm 50 Figure 29 Caract ristiques et propri t s physiques de Dupont Energain Dupont 2007 Th se de doctorat C FLORY CELINI 107 Universit Claude Bernard La mod lisation des ph nom nes d vapotranspiration mis en jeu dans une toiture v g talis e n a pas t r alis e dans TRNSYS dans le cadre de cette th se bien que des travaux th oriques aient t r alis s notamment dans Theodosiou et al 2003 qui a effectu une analyse param trique en p riode estivale d une toiture v g tale cependant le d veloppement d un type sp cifique TRNSYS n cessiterait un travail particulier qui pourrait constituer lui seul une th se La solution retenue pour l int gration de l l ment toiture est l am lioration de son isolation en retenant les crit res Basse Energie 6 2 Prise en compte de l humidit Nombre de travaux dont AIVC 1987 et IEA 1991 cit s par Woloszyn 1999 P 34 montre que l humidit l int rieur des b timents peut avoir un impact sur le confort Une pr cision a galement t recherch e dans la mod lisation de l humidit A cet effet il est noter que nous avons consid r ce param tre que dans la prise en compte du confort au niveau du PMV Le b timent en vieillissant voit son enveloppe se d t riorer avec le temps Apparaissent ainsi des fuites de toiture des percements de goutti res et des canalisations des
340. veau N 2 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes protection de MCP int rieure 19 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 1 3 297 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes protection de MCP int rieure 20 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 1 0 251 Adjonction de 0 133 Isolation performantes protection MCP int rieure 21 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 713 Isolation performantes protection de MCP int rieure 22 Fen tres Sans 0 24 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes protection de MCP ext rieure 23 Fen tres Store 2 00 Niveau N 2 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 24 Fen tres Store 2 00 Niveau N 1 3 297 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 25 Fen tres Store 2 00 Niveau N 1 0 251 Adjonction de 0 133 Isolation performantes opaque MCP int rieure 26 Fen tres Store 2 00 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 713 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 27 Fen tres Store 2 00 Niveau N 1 0 251 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP ext rieure 28 Fen tres Store 0 24 Niveau N 2 3 297 Sans adjonction 0 133 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 29 Fen tres Store 0 24 Niveau N 2 0 251 Adjonction de 0 133 Isolation performantes opaque MCP int rieure 30 Fen tres Store 0 24 Niveau N 2 0 251 Sans adjonction 0 713 Isolation performantes opaque de MCP int rieure 31 Fen tres Store 0 24 Niveau
341. zone d air bilan de masse d eau effectu Par ailleurs les transferts de masse d eau dans les parois ne sont pas pris en compte En outre seul l effet de tampon hygroscopique des surfaces est consid r non prise en compte du mobilier Les deux mod les propos s par TRNSYS dans le descriptif du b timent d crivent essentiellement le comportement hydrique de l enveloppe du b timent Dans l absolu le mobilier devrait tre pris en compte Dans le cadre de cette tude qui consiste essentiellement l optimisation par des dispositifs durables de l enveloppe du b timent le fait de n gliger les meubles ne portera pas atteinte la comparaison des l ments Parall lement au calcul sensible de bilan nerg tique le TYPE 56 calcule un quilibre d humidit consid rant l volution libre des rapports d humidit ou humidification d shumidification un certain point de fonctionnement Dans ce cas ci le TYPE56 calcule la charge latente Les deux mod les propos s par TRNSYS sont pr sent s Nous allons nous int resser plus particuli rement au mod le tampon hygroscopique pour lequel nous avons cherch trouver des relations simples permettant d obtenir les coefficients des mod les Ce dernier mod le est exploit dans les applications notamment dans les perspectives Le mod le capacitif consiste consid rer l impact de l humidit de l air et de la surface de l enveloppe et des meubles Au d part le mod le

Modélisation et positionnement de solutions - Finance

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Mod&eacute;lisation et positionnement de solutions - Finance

Contents

Download Pdf Manuals

Related Search

Related Contents

Modélisation et positionnement de solutions - Finance