Chapitre 3 Vers un outil d’aide à la décision pour la conception énergétique de bâtiments durables
3.5. Interface d’exploitation de résultats
Les résultats du moteur de calcul sont présentés sous la forme d’un tableau en format Excel, contenant les valeurs calculées des seize indicateurs de performance énergétique pour chacune des alternatives de conception définies par l’utilisateur. Le choix du format de l’interface d’exploitation répond au besoin d’un traitement simple de données et une représentation graphique flexible, pour ainsi faciliter l’interprétation des résultats.
Trois types de présentation des résultats sont proposés dans la première version de l’interface d’exploitation :
Les valeurs calculées des indicateurs de performance, avec trois niveaux de valeurs de référence.
La variation en pourcentage des indicateurs par rapport à une configuration de bâtiment de référence.
Un découpage détaillé des indicateurs environnementaux et économiques en fonction des processus du cycle de vie ou des postes de consommation énergétique.
La méthodologie proposée dans ce travail a comme objectif de donner au concepteur des éléments de décision par la comparaison des alternatives de conception en fonction de leur performance énergétique. Néanmoins, afin de donner à l’utilisateur des points de repère généraux pour l’interprétation des valeurs des indicateurs, le tableau de résultats propose trois types de valeurs de référence, chacun correspondant à un certain niveau de performance :
Un niveau dit « acceptable », associé à la valeur minimale permise par le cadre réglementaire français.
Un niveau « moyen », représentatif des bonnes pratiques actuelles dans les projets de construction en France.
Un niveau « performant », donné par des valeurs « idéales » ou associées aux plus hauts niveaux de performance dans le cadre réglementaire.
Le tableau de résultats de l’évaluation des indicateurs de performance énergétique, intégrant les valeurs de référence mentionnées ci-dessus, est montré dans la figure 3.8.
Figure 3.8. Tableau de résultats de l’évaluation des indicateurs de performance énergétique du bâtiment.
Dans le cas des indicateurs environnementaux, les valeurs de référence correspondent aux résultats de l’étude de modélisation HQE Performance 2012 (CSTB, 2013), ayant comme objectif d’identifier les ordres de grandeurs des impacts environnementaux des bâtiments performants en France. Les valeurs ici sélectionnées pour le niveau moyen représentent la somme des médianes des impacts des postes réglementaires de consommation d’énergie et de mise en œuvre de produits de construction.
En ce qui concerne les indicateurs économiques, seulement une valeur est donnée à titre de comparaison : le coût de construction moyen pour un bâtiment de bureaux en France. La source de cette valeur est la base de données de l’Observatoire des Prix Constatés d’Opérations de Construction en France (OPCOC, 2014).
Pour l’indicateur de confort visuel, la valeur identifiée pour le niveau performant correspond à une couverture totale des besoins en éclairage naturel des espaces intérieurs.
En ce qui concerne l’indicateur de qualité de l’air intérieur, trois valeurs de référence ont été identifiées :
Le niveau dit acceptable correspond au débit minimal de renouvellement d’air par occupant donné pour les bâtiments de bureaux dans le Règlement Sanitaire Départemental Type (Legifrance, 1995), égal à 18 m3/(h.occ).
Le niveau moyen est donné par le débit minimal de renouvellement d’air par occupant pour les bureaux précisé dans le Code du Travail dans son article R4222-6 (Legifrance, 2015), égal à 25 m3/(h.occ).
Le niveau performant correspond au débit de renouvellement d’air par occupant proposé dans la norme EN 15251 pour la plus haute catégorie de confort des occupants (CEN/TC 350, 2012), égal à 36 m3/(h.occ), comme montré dans le tableau 2.9 de ce travail.
Dans le cas du confort acoustique, la valeur de niveau acceptable correspond à l’exigence de base de la démarche HQE (Certivéa, 2011), tandis que le niveau performant est caractérisé par l’exigence maximale du cadre réglementaire, donné par l’arrêté du 30 mai 1996 (MELTT, 1996).
Indicateur de performance Unités Niveau
acceptable Niveau moyen Niveau performant Alternative 1 Alternative 2 Alternative 3
Utilisation d'énergie primaire non renouvelable kWhEP/(m2plancher·année) 135
Consommation d'eau L/(m2
plancher·année) 300
Déchets dangereux éliminés kg/(m2
plancher·année) 1.02E-01
Déchets non dangereux éliminés kg/(m2
plancher·année) 11.7
Déchets radioactifs éliminés kg/(m2
plancher·année) 5.20E-03
Potentiel de réchauffement climatique kg CO2-eq./(m2plancher·année) 16
Potentiel d'acidification du sol et de l'eau kg SO2-eq./(m2plancher·année) 7.10E-02
Potentiel de formation d'oxydants photochimiques de l'ozone trophosphérique kg C2H4-eq./(m2plancher·année) 3.75E-02
Destruction de la couche d'ozone stratosphérique kg CFC 11-eq./(m2
plancher·année) 9.96E-06
Coût global €/m2 plancher Coût de construction €/m2 plancher 1827 Coût d'exploitation €/m2 plancher
Pourcentage de temps d'autonomie en éclairage naturel %temps-occupation 100
Pourcentage attendu de satisfaits dû à la qualité de l'air intérieur %occupants 74.26 80 85
Isolement acoustique standardisé pondéré pour un bruit de trafic à l'émission dB 30 45 Pourcentage de temps de confort thermique %temps-occupation 98 100
Impa cts en vi ro n n emen ta u x Co û ts éc o no m ique s C o nf o rt de l'u sa ge r
Enfin, pour le confort hygrothermique, le niveau moyen correspond à la valeur moyenne des exigences de la démarche HQE (Certivéa, 2011), tandis que le niveau performant est donné par une couverture totale des besoins de confort thermique.
Comme mentionné précédemment, le principe d’aide à la prise de décisions de la méthodologie ici proposée est donné par la comparaison des alternatives de choix disponibles au concepteur en fonction de leur performance énergétique. Afin de simplifier la comparaison de ces résultats, l’interface de sortie propose également de les présenter sous la forme de la variation en pourcentage des indicateurs par rapport à une configuration de référence. Cette configuration de référence est définie librement par l’utilisateur.
Le calcul de la variation en pourcentage ( ) de la valeur d’un indicateur pour une alternative de conception donnée ( ) par rapport à la valeur de la configuration de référence ( ) est donné comme suit :
Le choix de la variation en pourcentage par rapport à une référence comme stratégie de comparaison permet ainsi de mettre en valeur la différence relative entre alternatives de conception. Cette approche permet également de normaliser les résultats par rapport à cette référence, en simplifiant leur visualisation de manière simultanée.
Pour faciliter leur interprétation, l’interface d’exploitation propose de représenter graphiquement ces résultats de deux façons différentes :
Avec des courbes d’évolution d’indicateurs : recommandé pour l’étude de variables de conception de type quantitatif, comme l’orientation du bâtiment, le taux de vitrage des façades ou l’épaisseur de l’isolation thermique de l’enveloppe.
Avec des graphes de type « radar » : recommandé pour l’étude de variables de conception de type catégoriel ou qualitatif, comme le type de vitrages, le côté de l’isolation thermique de l’enveloppe ou la présence d’une façade double peau vitrée.
Ces deux types de visualisation des résultats sont montrés dans la figure 3.9.
De manière complémentaire, l’outil d’évaluation fournit également un découpage détaillé des valeurs des indicateurs environnementaux et de coût des alternatives de conception de deux manières différentes. Le premier découpage décompose les valeurs de ces indicateurs selon le type de processus du cycle de vie du bâtiment :
o Construction du bâtiment o Remplacement de composants
o Consommations énergétiques des postes réglementaires
Les consommations énergétiques peuvent être subséquemment décomposées en fonction du poste de consommation :
o Chauffage o Refroidissement o Ventilation o Eclairage
La figure 3.10 montre le tableau de découpage détaillé par type de poste de consommation d’énergie et par type de processus du cycle de vie.
Figure 3.10. Tableau montrant le découpage détaillé par type de poste de consommation d’énergie et par type de processus du cycle de vie.
Ce découpage des indicateurs environnementaux et économiques permet d’étudier de manière plus précise les impacts des décisions de conception sur les différents aspects composant la performance énergétique du bâtiment. Ceci apporte au concepteur des éléments de décision additionnels pour la définition d’une stratégie d’amélioration de la performance énergétique.
3.6. Conclusions
La méthodologie d’aide à la décision pour la conception énergétique de bâtiments durables dans les premières phases de projet proposée dans ce travail a été mise en œuvre sous la forme d’un outil numérique d’évaluation d’alternatives de conception.
L’objectif de cet outil est de donner au concepteur des éléments de choix pour guider sa prise de décisions par la comparaison d‘alternatives de conception à chaque étape du processus de conception. Pour cela, l’outil numérique propose au concepteur :
Une saisie de données d’entrée simple et adaptée à la progression des décisions au long des trois premières phases du processus de conception d’un bâtiment.
Une évaluation intégrale des indicateurs de performance énergétique avec un temps de simulation réduit, pour permettre une exploration effective de l’espace de décision disponible à chaque phase de projet.
Deux bases de connaissance intégrées à l’outil d’évaluation, qui peuvent être aisément mises à jour par l’utilisateur.
Une présentation des résultats de la modélisation adaptée aux besoins des utilisateurs ciblés par l’outil : architectes et ingénieurs de bureaux d’études.
Dans le prochain chapitre, l’outil numérique proposé dans ce travail sera mis en œuvre à travers de divers cas d’études, afin d’étudier ce qu’il peut apporter au concepteur comme éléments d’aide à la prise de décisions dans la conception énergétique dans les premières phases de projet.