La RT 2012 et les certifications vers des solutions passives à basse consommation

La RT 2012 et les certifications vers des solutions
passives à basse consommation

La nouvelle réglementation thermique RT2012, entrée en vigueur le 1er janvier 2013 pour le logement et le 28 octobre 2011 pour le reste des bâtiments , définit deux coefficients de conception que doivent respecter les bâtiments neufs : le Bbiomax (Besoin bioclimatique) et la Ticréf (Température intérieure conventionnelle) appliquée aux bâtiments non rafraîchis. Le coefficient Bbio, exprimé en points, caractérise l’efficacité énergétique du bâti au travers de 3 caractéristiques indépendantes des systèmes énergétiques utilisés, les besoins annuels en chauffage (Bch), en refroidissement (Bfr) et en éclairage (Becl). Ces besoins calculés en Wh.m-2 SHONRT.an-1 , sont le cumul de l’énergie requise pour le chauffage, le refroidissement et l’éclairage suivant les scénarios dynamiques prenant en compte les saisons et les relances. Le Bbio est défini par la relation suivante : (1- 1) Le calcul du Bbio considère les caractéristiques des parois opaques, des baies, des ponts thermiques, de la ventilation, de la météo, des scénarios d’occupation et des apports internes. Il favorise l’utilisation des protections solaires. Ces éléments peuvent être fixes (casquette, débord de toit, auvent, claustra, brise-soleil) ou encore mobiles (store, volet, persienne, rideau). Les éléments fixes sont généralement intégrés dans l’aspect architectural du bâtiment mais présentent tout de même des inconvénients comme la mauvaise gestion des apports solaires pendant les périodes d’intersaison. A titre d’illustration, la figure 1. 2 montre l’utilisation de la structure supportant les panneaux photovoltaïques en casquette dans la maison SUMBIOSI (prototype de maison de l’édition 2012 de la compétition internationale interuniversitaire du Solar Decathlon Europe, utilisé comme une des maisons de cas étude). Le Bbio considère également les éléments de protection végétaux à feuilles caduques régulant la transmitivité des apports solaires en fonction de la saison. Cependant, le temps de pousse des éléments végétaux peut être de plusieurs années et pendant ce temps la protection sera inefficace. Bien que non pris en compte dans La RT 2012 et les certifications vers des solutions passives à basse consommation Fabien Rouault Système intégré de rafraîchissement d’air pour le bâtiment à base de MCP 7 la RT 2012, les végétaux favorisent également le rafraîchissement de l’environnement proche grâce à l’évapotranspiration. La figure 1. 3 montre un schéma de principe d’une ventilation naturelle assistée par l’évapotranspiration d’un mur végétal. Un autre principe d’évaporation pour le maintien du confort est l’utilisation de plan d’eau à l’image des riads marocains qui ont souvent une fontaine ou une piscine dans la cour intérieure (cf. figure 1. 4).Le deuxième coefficient que doit respecter le bâtiment dans la RT2012 est la température intérieure conventionnelle de référence (Ticréf). La valeur de la Tic, température opérative en période d’occupation, ne doit pas dépasser cette valeur de référence Ticref. La Tic est déterminée dynamiquement à partir de la méthode suivante :  le bâtiment est simulé pendant 4 semaines consécutives à partir du 4 juin avec une température initiale de masse de 26°C.  La Tic est la température intérieure opérative maximale lors du dernier jour d’occupation de la simulation (7e jour de la 4e semaine pour le logement, 5e jour de la 4e semaine pour le tertiaire).  Les données climatiques sont fournies par la méthode de calculs en fonction de la zone climatique corrigée par rapport à l’altitude et la distance au littoral La Tic n’est pas obligatoire pour les bâtiments classés CE2 (bâtiment avec refroidissement considéré) donc la classification est développée dans le sous-chapitre suivant 1.3. Si le bâtiment est classé CE1 et climatisé, la Tic est déterminée en mode besoin (Th-EB), c’est-à-dire que les systèmes énergétiques ne sont pas considérés. A noter que l’apport d’un puits climatique (puits provençal ou puits canadien) n’intervient pas dans  le calcul du confort d’été en mode besoin. Si le bâtiment est classé CE1 et non climatisé, la Tic est calculée en se basant sur le mode consommation (Th-EC), c’est-à-dire que certains systèmes peuvent être considérés comme le puits climatique. La valeur de la Ticref est déterminée à partir de la simulation dynamique d’un bâtiment dit de référence (Benoit, 2014) dont les systèmes et les paramètres sont fixés dans la méthode ThBCE. Dans ce contexte réglementaire du bâtiment français, il est possible de faire reconnaître les performances améliorées d’un bâtiment du point de vue énergétique au travers de labels (comme Effinergie+) ou encore du point de vue environnemental au travers de certifications environnementales. Le label Effinergie+ de l’association BBC-Effinergie, a été créé en 2007 et a inspiré la nouvelle réglementation RT 2012. La certification environnementale « Habitat et Environnement » (H&E) s’applique au logement neuf et à la réhabilitation lourde. Pour les performances énergétiques et le confort d’été, la H&E s’appuie sur la réglementation RT2012 pour la note de base avec bonification si le Bbio est inférieur à 10% et 20%. La note maximale est donnée si le bâtiment respecte le label Effinergie+. Concernant le bâtiment tertiaire, La certification Haute Qualité Environnementale (HQE) fait office de référence (Certivéa, 2012). La certification s’appuie également sur la réglementation RT 2012 pour définir le niveau de base de sa notation.

Le confort d’été dans les labels énergétiques Européens En Suisse, le label de performance énergétique MINERGIE® est destiné aux bâtiments neufs et rénovés. Ce label fixe 5 exigences à respecter concernant un système de ventilation mécanique obligatoire, des consommations annuelles d’énergie (CVC et eau chaude sanitaire) et un surcoût d’investissement inférieur à 10%. La consommation maximale des postes CVC et ECS pour les bâtiments neufs varie de 40 kWh.m-2 à 45 kWh.m-2 selon l’utilisation du bâtiment (commerce, administration, écoles, habitât, restauration). La consommation pour les bâtiments rénovés varie de 70 kWh.m-2 à 85 kWh.m-2 . Le label MINERGIE-ECO® certifie les bâtiments utilisant des matériaux de construction écologiques et sains. Il existe deux niveaux supérieurs dans le label MINERGIE® : le standard « -P » pour les bâtiments à très haute performance énergétique et le standard « -A » pour les bâtiments « quasi zéro énergie ». Le standard MINERGIE® -P ne restreint pas l’utilisation de système de climatisation et exige même un système de refroidissement si le bâtiment ne peut pas justifier les respects des exigences de solutions constructives (surface vitrée, inertie, protection) ou d’un justificatif de non dépassement de températures de confort calculé par le logiciel Klimatisierung (www.energycodes.ch). En Allemagne, le label Passivhaus, créé en 1996, est destiné aux bâtiments résidentiels et tertiaires. Il impose pour obtenir le label :  Un besoin en chauffage inférieur à 15 kWh.m-2 .an-1  La puissance de chauffage ne doit pas excéder 10 W.m-2  Un besoin en énergie primaire inférieur à 120 kWh.m-2 .an-1 pour le chauffage, l’eau chaude sanitaire et l’électricité (dont l’électroménager) Le logiciel PHPP (Passive House Planning Package) version 2007 prévoit un calcul statique de la fréquence de surchauffe par rapport à une température fixée. Ce calcul prend en compte la résistance thermique des parois extérieures et des menuiseries, l’efficacité d’une ventilation mécanique double flux et d’un puits géothermique, les débits de ventilation, les apports internes et les apports solaires. A noter que le données climatiques sont basées sur des moyennes mensuelles. La certification HQE demande une simulation thermique dynamique sur toute l’année. Pour les espaces non climatisés (selon la cible 8.3 de la HQE), la température ne doit pas dépasser la température Tmax (égale à Ticréf) plus de 2 à 3% du temps d’occupation (en fonction de la zone climatique) pour atteindre un niveau dit « performant » et 1 à 2% pour un niveau dit « très performant ». Si la sur-ventilation est utilisée pour maintenir le confort, il est alors possible de valider le critère de confort d’été en utilisant le diagramme psychrométrique prenant en compte la température, la vitesse de l’air et l’humidité. La figure 1. 5 définit les différentes zones de confort en fonction de la vitesse d’air dans la zone d’occupation Pour les espaces climatisés (selon la cible 8.4 de la HQE) la température de consigne recommandée est de 26°C. Dans le cas d’une consigne inférieure à 26°C, des vitesses maximales d’air soufflé sont à respecter (entre 0,12 et 0,5m.s-1 en fonction de niveau de performance et du type de local). 

La sur-ventilation nocturne naturelle ou mécanique

La sur-ventilation nocturne permet de décharger la chaleur accumulée pendant toute la journée à cause des apports externes (température extérieure et apports solaires) et internes (puissance dissipée des occupants et des systèmes électriques). La sur-ventilation peut être naturelle ou mécanique. Dans le cas d’une ventilation mécanique, la consommation nocturne des ventilateurs peut atteindre rapidement la consommation d’une climatisation en relance au matin. Il est donc plus intéressant d’utiliser la ventilation naturelle ; toutefois, il est nécessaire de concevoir la ventilation naturelle lors de la conception du bâtiment. Par exemple, la figure 1. 7 montre deux types de ventilation naturelle pour un même bâtiment. La ventilation naturelle unilatérale profite de la variation de densité de l’air en fonction de la température : effet cheminée (faible taux de renouvellement et risque de débit nul à cause du vent) alors que la ventilation transversale profite des variations de pression induite par le vent quelle que soit sa direction Il est également possible de favoriser les deux types de ventilation présentés ci-dessus en utilisant l’effet cheminée sur une grande hauteur (cf. figure 1. 8 à gauche) ou l’effet venturi créé par une tour des vents (cf. figure 1. 8 à droite). La tour des vents est une technique ancestrale d’Iran appelée « Bagdir ». Le potentiel de rafraîchissement par sur-ventilation dépend généralement de la configuration des ouvrants, de l’inertie thermique du bâtiment et de la variation de température entre le jour et la nuit. Dans un état de l’art des techniques de ventilation assistée par le vent (Khan et al., 2008), les auteurs soulignent que l’effet cheminée permettrait d’atteindre un renouvellement d’air d’environ 5 volumes par heure dans le cas d’un bâtiment R+4 équipé d’une double-peau. De plus, les tours à vent directionnelles passives actuelles permettent d’obtenir des débits de ventilation de 400 m3 .h-1 à 900 m3 .h-1 pour des vents compris entre 6 m.s-1 et 9 m.s-1 .