9. Phase 6 : Activités de dissémination
11.2 Perspectives
L’étude pourrait être élargie à d’autres systèmes de micro-cogénération, tels que ceux fonctionnant au gaz naturel ou au biogaz. En effet, ceux-ci imposent probablement moins de contraintes techniques que les systèmes à bois, par une plus grande simplicité de régulation de la combustion et une plus faible inertie thermique. De plus, l’étude de différents systèmes de micro-cogénération permettrait, de comparer leurs performances dans différents cas de figure et d’identifier le système le plus adapté à chaque type de bâtiment, selon les besoins de chaleur requis.
Dans ce cas, le bilan environnemental serait à revoir du fait des impacts bien différents de la combustion de chacun de ces combustibles. D’autre part, les systèmes de micro-cogénération permettent de produire de l’électricité durant les périodes de pointe lors desquelles des centrales thermiques fortement émettrices en CO2 sont utilisées, ce qui correspond bien à la problématique actuelle de réduction des
émissions de gaz à effet de serre. Afin de mieux mettre en évidence ce phénomène, une étude plus approfondie des impacts environnementaux pourrait être menée, en s’appuyant par exemple sur une méthode d’Analyse de Cycle de Vie dynamique, c’est-à-dire tenant compte de l’évolution temporelle des émissions des moyens de production d’électricité mis en œuvre avec un pas de temps de l’ordre d’une heure.
En ce qui concerne l’évaluation du « confort thermique », en première approche, si l’on ne tient pas compte des variations spatiales et temporelles, le « confort thermique » des occupants dépend de six variables : quatre décrivent l’environnement thermique et deux caractérisent plutôt l’être humain. Les recommandations actuelles dans le domaine du bâtiment donnent des limites et/ou des consignes sur les conditions climatiques, mais elles oublient de préciser les hypothèses qui sont communément admises pour décrire les occupants.
En ce qui concerne la physiologie, toutes les données correspondent à un « homme standard », le plus souvent ayant une activité modérée, ce qui ne représente pas la diversité des occupants d’un bâtiment. L’âge, le sexe, l’activité peuvent faire varier le métabolisme dans des proportions très importantes, et par conséquent les conditions thermiques optimales peuvent être totalement différentes.
Pour les vêtements, on distingue classiquement les saisons par deux tenues vestimentaires distinctes et fixées : 0,9 clo pour l’hiver er 0,5 clo pour l’été. Or il s’agit de la principale possibilité d’adaptation individuelle.
Les deux variables citées précédemment jouent un rôle essentiel, mais encore méconnu, dans la perception des ambiances. L’approche adaptative est par conséquent la meilleure piste pour en déterminer les impacts.
Pour l’instant, seules des actions comportementales simplistes ont été représentées dans cette étude. Pour aller plus loin dans cette approche, il faut d’abord modéliser d’autres types de comportements. L’autre grande possibilité d’adaptation, « l’adaptation psychologique », dépend totalement du contexte socioculturel. Très peu de données concrètes existent dans ces domaines, or on sait que les occupants apprennent à gérer leur bâtiment au fil du temps. Cet apprentissage se fait souvent intuitivement et il peut être efficace du point de vue du confort, mais parfois désastreux du point de vue énergétique. Pour aller plus loin, une collaboration étroite avec des psycho-sociologues devient indispensable pour mener des études sur le terrain dans des bâtiments réels, et idéalement sur une période assez longue, c’est-à-dire d’au moins deux saisons de chauffage.
En ce qui concerne le calcul du bilan thermique du corps humain qui est à la base de sa perception thermique, plusieurs points sont à améliorer dans les modèles de simulation thermique de bâtiments occupés :
1. Les échanges radiatifs infrarouges, en situation courante dans le bâtiment, représentent environ 40 % des pertes totales du corps humain vers son environnement. Ils sont actuellement calculés de façon très sommaire pour de nombreuses raisons :
Les températures de surfaces sont mal connues dans la majorité des logiciels de simulation thermique dynamique. Les calculs sont en général basés sur une température résultante ou une température de zone, intégrant la température d’air et la température des parois. En hiver, lorsque le chauffage fonctionne de manière quasi-continue, la température des parois est proche de celle de l’air. Mais ceci devient faux en demi-saison ou lors des relances de chauffage et particulièrement dans des bâtiments très isolés et avec une forte inertie thermique. Il faut alors prendre des précautions, surtout dans le cas où le bâtiment est chauffé essentiellement via le soufflage d’air chaud. Si le local est assez bas en température et possède une forte inertie, pour le remonter en température l’air soufflé doit être à température relativement élevée. Dans cette situation, il y aura
153/161 alors un écart de température important entre l’air chaud et les surface plus froides. Même si la température opérative semble conforme aux attentes, cette situation est connue pour être très mal perçue par les occupants.
Les surfaces du bâtiment sont considérées comme isothermes pour chaque élément d’une même paroi. Or, il peut y avoir des phénomènes de stratification de l’air ou des taches solaires qui entraînent des variations importantes de température, surtout dans les bâtiments Basse Consommation où les apports solaires sont largement favorisés. Dans la plupart des cas, on considère qu’ils impactent le plancher, ce qui n’est pas le cas en hiver, ni en début et fin de journée. Cependant, la présence de mobilier rend les modèles de tâche solaire éloignés de la réalité.
Les logiciels ne tiennent en général pas compte des données géométriques du bâtiment ce qui rend totalement impossible le calcul des facteurs de forme nécessaire au calcul précis des flux nets radiatifs échangés. Un travail important doit être entrepris qui peut être fait en collaboration avec les laboratoires qui travaillent dans le domaine de l’éclairage, car les équations qui régissent les transferts radiatifs dans le domaine de l’infrarouge sont proches de ce qui existe dans le domaine des courtes longueurs d’ondes du domaine visible.
2. Les échanges convectifs, qui représentent également 40 % des pertes thermiques, sont également traités de façon trop globale. En effet dans tous les logiciels la température et l’humidité sont considérées comme homogènes dans tout le local et la vitesse d’air n’est, le plus souvent, même pas calculée. Les modèles de CFD actuels sont détaillés et demandent trop de temps de calcul pour pouvoir être couplés à des modèles de bâtiment destinés à la simulation sur une année. Il faut alors développer des modèles simplifiés, qui peuvent au moins donner accès à une répartition des températures et vitesses d’air dans la zone d’occupation. Un des risques d’inconfort par exemple étant lié à un trop fort écart de température d’air entre la tête et les pieds, les futurs modèles doivent donc permettre de calculer ces aspects.
Malgré ces limites, le chauffage à air semble relativement bien accepté dans certains pays (p. ex. États-Unis d’Amérique, Allemagne), et des enquêtes sur le terrain permettraient de mieux cerner les conditions d’acceptabilité de ces systèmes. La sensibilisation aux enjeux environnementaux peut aussi permettre de relativiser certaines imperfections dans le confort par rapport aux économies d’énergie réalisées. Le chauffage à air associé à la ventilation double-flux et la micro-cogénération sont développés dans ce contexte.
La micro-cogénération peut contribuer à réduire les problèmes de gestion des pointes de demande d’électricité, ce qui répond à un besoin très actuel. Plusieurs équipes mènent ainsi des recherches sur cette technologie et différents cycles thermodynamiques sont étudiés.
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Annexes
Annexes
A1 Photos du banc d’essai mis en place au CEP
L’unité de micro-cogénération sans son capot de protection acoustique (à gauche) L’afficheur du wattmètre mesurant la puissance électrique produite (à droite)
Résistances du réchauffeur (à gauche) et réservoir de granulé (à droite)
Annexes
A2 Fichiers météorologiques utilisés
Annexes
A4 Comptes-rendus des réunions d’avancement de projet
1. 26 janvier 2007 lancement Paris 2. 9 juillet 2007 avancement Paris
3. 22 octobre 2007 avancement Toulouse (Aldes) 4. 25 janvier 2008 avancement Paris
5. 3 juin 2008 avancement Perpignan 6. 3 décembre 2008 avancement Toulouse (Phase) 7. 22 juin 2009 clôture Paris
- Réunion de lancement du projet PREBAT « Micro 15 kWh » - 26-01-2007