Les compositions des parois et des menuiseries considérées lors du calcul sont explicitées dans le Tableau 39.
On considère aussi une valeur de ponts thermique de 160 W.K-1 par niveau qui tient compte de la désolidarisation des façades, de l’isolation des murs et refends sur une hauteur d’un mètre en dessous du sol, de l’isolation des acrotères et des fenêtres positionnées dans le plan de l’isolant.
Des modules photovoltaïques seront positionnés en toiture selon la surface disponible en intégration.
Figure 54 Représentation 3D du projet dans Alcyone
Intitulé Composition Coefficient de transmission thermique (U en W.m-2.K-1) Façade 3 cm béton haute performance BEFUP – 16 cm laine de verre – BA 13 0,23 Plancher bas 20 cm béton – 10 cm polystyrène expansé en
sous face – BA13
0,34 Toiture terrasse 20 cm béton – 10 cm polyuréthanne 0,27
Cloison légère atrium/logement
BA 13 – 10 cm laine de
verre – BA 13 0,35
Fenêtre
Double vitrage à lame d’argon – menuiserie
PVC
1,2 (Ubaie)
Tableau 39 Caractéristiques thermiques de l’enveloppe
V-1-2-3)FONCTIONNEMENT DU BÂTIMENT
Le renouvellement d’air se fait par une ventilation double flux avec récupérateur de chaleur muni d’un échangeur d’efficacité 80% pour les logements et les bureaux.
Le chauffage est assuré par le circuit de ventilation (la génération se fait par pompe à chaleur ou par chauffage urbain).
En ce qui concerne l’eau chaude sanitaire solaire, 0,5 m² de capteur et 50 litres de stockage sont fixés par personne.
Les scénarii de fonctionnement pour les logements sont les suivants : • Chauffage : 20°C constant ;
• Ventilation : 0,5 vol.h-1 par ventilation mécanique ;
• Apports internes : 16 W.m-2 à 7h et de 20h à 23h, 1 W.m-2 le reste du temps soit 36 kWh.m-² sur une année. En considérant 4 personnes dans 70 m2, et 80 W émis par une personne, 5 h de présence par jour, les apports internes liés aux occupants représentent environ 8 kWh.m-2. La consommation d’électricité est de l’ordre de 2000 à 3000 kWh par logement selon le choix des appareils électro-ménagers et le mode de vie, environ 75% de cette consommation contribue au chauffage du logement, donc les apports internes annuels sont de l’ordre de 27 kWh.m-2 au total.
Les scénarii de fonctionnement pour les bureaux sont les suivants :
• Chauffage : 20°C de 8h à 20h en semaine, 15°C le reste du temps ;
• Climatisation : 27°C de 8h à 20h en semaine, pas de consigne le reste du temps ; • Ventilation : 1 vol.h-1 de 8h à 20h en semaine, par les infiltrations d’air le reste du
temps ;
• Apports internes : 12 W.m-2 dans les bureaux de 8h à 20h en semaine, 1 W.m-2 le reste du temps.
L’été, on considère une occultation de 50% dans les bureaux grâce à des dispositifs de protections solaires et 80% dans les logements, pour prendre en compte une fermeture des volets pendant la journée.
V-1-2-4)DONNÉES MÉTÉOROLOGIQUES
Les données climatiques utilisées correspondent à la station météorologique de Trappes (le graphique ci-dessous montre l’évolution annuelle de la température extérieure), aucun masque n’est considéré. -10 -5 0 5 10 15 20 25 30 35 1 560 1119 1678 2237 2796 3355 3914 4473 5032 5591 6150 6709 7268 7827 8386 Heure T e m p é ra tu re ( °C )
V-1-3)HYPOTHÈSES AÉRAULIQUES
V-1-3-1)HIVER
On étudie les neuf zones pour lesquelles sont fixées des objectifs de performance, c'est-à-dire l’ensemble du bâtiment moins les commerces.
Au niveau de l’enveloppe, on prend en compte une connexion par paroi de zone, soit en tout 28 connexions. Etant donnée l’homogénéité de la répartition des vitrages sur les façades, ces 28 connexions présentent des coefficients géométriques C issu de la pondération surfacique de la valeur du I4 considéré.
Pour chaque paroi de zone en contact avec l’extérieur, le débit à travers les défauts d’étanchéité va s’exprimer selon une loi de puissance dont les caractéristiques sont les suivantes : n = 0,67 67 , 0 4 4 S I C= Où S (en m²) est la surface de la paroi considérée.
Les zones intérieures sont reliées entre elles par des portes. Elles sont également toutes reliées aux atriums. Les parois à l’interface entre les logements ou bureaux et l’atrium sont considérées comme présentant la même étanchéité que les parois extérieures (pour éviter de parasiter le renouvellement d’air par ventilation double flux). Au total le projet présente 38 connexions aérauliques.
Variantes étudiées
Niveau d’étanchéité I4 considéré
(en m3.h-1.m-2 sous 4 Pa)
0,6 1 1,7
Tableau 40 Hypothèses sur l’étanchéité à l’air pour les trois variantes
Trois variantes sont étudiées, il s’agit de faire varier le niveau d’étanchéité à l’air du bâtiment pour évaluer son influence sur les besoins de chauffage du bâtiment. L’objectif est le niveau BBC. Dans le cadre de ce label, il est imposé d’atteindre un niveau d’étanchéité à l’air de 1 m3.h-1.m-2 d’enveloppe.
Ici, on fait varier le niveau d’étanchéité à l’air autour de cette valeur (0,6 m3.h-1.m-2 correspondant à la valeur cible pour les maisons individuelles et 1,7 m3.h-1.m-2 la valeur par défaut de la réglementation thermique supposée représentative d’un projet où aucune attention particulière n’est portée à l’étanchéité).
V-1-3-2)ETÉ
L’été, le bâtiment présente les mêmes connexions auxquelles sont ajoutées des entrées d’air pour les bureaux et des fenêtres ouvertes pour les logements qui permettent de surventiler le bâtiment pendant la nuit (de 20h à 8h). La Figure 56 montre une vue en coupe du bâtiment.
Bureaux Atrium
Logements
Figure 56 Vue en coupe du bâtiment et des différentes connexions aérauliques
Diminution des besoins de climatisation des bureaux par free-cooling
Les bureaux ne communiquant pas avec les atria pour des raisons de sécurité incendie, on considère que le renouvellement d’air se fait par des entrées d’air. Pour l’étude des bureaux, on fait varier le ratio surface d’ouvertures/surface au sol de 0 à 8%, différentes études montrent qu’un ratio entre 2 et 6% permet de tirer fortement partie de la surventilation nocturne. Ces entrées d’air sont modélisées par une loi d’orifice (équation (54), avec un coefficient de décharge de 0,65) variant selon les surfaces présentées dans le Tableau 41. On va étudier ici les besoins de climatisation pour une année normale puis pour l’année de la canicule à Trappes (en 2003, cf. Figure 57). Les surfaces d’ouvertures sont réparties au prorata sur chaque paroi extérieure.
Pourcentage de surface au
sol 0% 1% 2% 3% 4% 5% 6% 7% 8%
Surface d’ouverture (m²) 0 10,38 20,76 31,14 41,52 51,9 62,28 72,66 83,04
Tableau 41 Hypothèse d’ouverture des entrées d’air dans les bureaux
Etude du confort thermique dans les logements
En ce qui concerne les logements, on fait varier la surface de fenêtre ouverte. Le Tableau 42 montre la correspondance entre le pourcentage et la surface considérée (le projet présente 186 m² de fenêtres par niveau de logement). La surface d’ouverture dans les atria est également prise au prorata. Une fenêtre ouverte est modélisée comme une grande ouverture, on fixe ici le coefficient de décharge à 0,78. On effectue cette étude pour le cas le plus défavorable, c'est-à- dire avec le fichier météo de 2003.
Niveau d’ouverture des fenêtres 0% 10% 20% 30% 40%
Surface par niveau de logement (m²) 0 18,60 37,20 55,80 74,40
Surface par niveau dans les atria (m²) 0 6,84 13,68 20,52 27,36
0 5 10 15 20 25 30 35 40 45 1 89 177 265 353 441 529 617 705 793 881 969 1057 1145 1233 1321 1409 Heure T e m p é ra tu re ( °C )
Figure 57 Evolution de la température extérieure en juillet et août 2003