HAL Id: hal-03091513
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Jean-Pierre Cordier
To cite this version:
Jean-Pierre Cordier. Dimension climatique de l’architecture : le coût global, approche théorique. [Rapport de recherche] 0448/87, Laboratoire d’architecture bioclimatique; Ecole Nationale Supérieure d’Architecture de Toulouse; Secrétariat de la recherche architecturale (SRA). 1986. �hal-03091513�
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ECOLE D'ARCHITECTURE DE TOULOUSE
83, rue Aristide Maillol - 31100 TOULOUSE - TELEPHONE : 61 40 47 28
DIMENSION CLIMATIQUE DE L'ARCHITECTURE
Le coût global : approche théorique
Rapport de recherche 1986
Contrat SRA n° 86 01 314 00 223 75 01
Jean-Pierre CORDIER
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Le coût global : approche théorique Rapport de recherche 19B6
E R R A T U M
page 20 :
Remplacer à la 6ème ligne "PKU" par "PK" Supprimer à la ilème ligne *'/1000. . . kWh) "
Ajouter à la 15ème ligne "/1000 : conversion des Wh en kWh"
page 22 :
Supprimer, de 17 lignes avant la -fin (“1 ’innocupation...) à 6 lignes avant la -fin (...3) / 24")
Page 23 :
Remplacer la 4ème ligne ("h =...") par : “h = <8 + 1 + 3) / 24 = 0,5
et D H ‘‘= 0,5 DH N" = 0,5 N E" = E
255 - Discontinuité hebdomadaire d ’occupation
S ’est le cas de tous les lieux règulièrement fermés ‘-er tains jours (week-end ou au contraire toute la semaine saut celui r-éi, mercredi, congés et tout autre jour régulier et prévi sible). Ce type de discontinuité est cumulable avec le précédant ^ i s différent."
pages 24 et 34 :
DIMENSION CLIMATIQUE DE L'ARCHITECTURE
Le coût global : approche théorique
Rapport de recherche 1986
Contrat SRA n° 86 01 314 00 223 75 01
"Le présent document constitue le rapport final d'une recherche remise au Bureau de la Recherche Architecturale en exécution du programme général de recherche mené par le Ministère de l'Equipement, du Logement, de l ' A m é n a g e ment du Territoire et des Transports avec le Ministère de
la Recherche et de la Technologie. Les jugements et o p i nions émis par les responsables de la recherche n ' e n g a gent que leurs auteurs".
S O M M A I R E
1ère partie : EXIGENCES ECONOMIQUES DE L'ARCHITECTURE
Pages11 - O b j e t de l'étude 1
12 - Economiser aujourd'hui et demain 2
13 - Intervenir sur 1'architecture 3
131 - L'avantage économique 132 - Problème chronologique
133 - Préserver le non quantifiable
14 - Le coût de la forme 5
141 - Economie constructive
142 - Frais énergétiques annuels 143 - Rapport construction/énergie 144 - L'alternative formelle
145 - Implication de l'urbanisme
1 5 - 0 u t i l s d ' a i d e à l a c o n c e p t i o n io
2ème partie : FORMULES GENERALES
20 - Symboles utilisés 1 ]
21 - Dépenses constructives et dépenses de fonc- 13 ti onnement
211 - Mode de comparaison des dépenses 212 - Eléments significatifs de la forme 213 - Coût global de la forme
22 - Dépenses constructives 14
221 - Dépenses constructives brutes 222 - Incidence d'un emprunt
23 - Cumul des consommations 15
231 - Variation des prix
232 - Choix des paramètres économiques
24 - Consommation annuelle des logements principaux 241 - Consommation totale
25 - Consommation annuelle de tous types de bâtiments 21 251 - Fenêtres-type
252 - Apports internes 253 - Exigences de confort
254 - Discontinuité quotidienne d'occupation 255 - Discontinuité hebdomadaire d'occupation 256 - Synthèse pour tous bâtiments
26 - Consommation des bâtiments par élément 25
261 - Murs 262 - Toits
263 - Périmètre des terre-plains 264 - PIanchers 265 - Vitrages 266 - Vérandas accolées 267 - Renouvellement d'air 27 - Récapi tu 1ati on 33 271 - Formules financières 272 - Corrections d'utilisation 273 - Prix global de la forme 274 - Prix global par éléments
2 8 - B i b l i o g r a p h i e 35
3ëme partie : L'OUTIL MANUEL
31 - Adaptation des formules 36
32 - Forme de l'outil manuel d'aide â la conception 36 321 - Conception et coût global
322 - Principe de l'outil 323 - Guide d ' utilisation 324 - Nomenclature des parois 325 - Fi che-type
326 - Personnalisations possibles 327 - Exemple d'utilisation
1
1 EXIGENCES ECONOMIQUES DE L ’ARCHITECTURE 11 OBJET DE L ’ÉTUDE
Même si ce n ’est pas ce qui suscite la vocation des architectes, la plupart des clients attendent q u ’un bâtiment neuf soit le plus économique possible à 1 ’achat comme à l ’usage.
Les bâtiments présentent les m'ë'mes dépenses antagonistes que les automobiles, dont tout le monde sait que la plus économi que n ’est pas à tout coup la moins chère à 1 ’achat ou la moins gourmande à l ’usage. Essence ou diesel, chaque utilisateur doit déterminer lui-même ce qui sera finalement le plus adapté à sa propre perspective d ’utilisation et de financement.
Mais pour les bâtiments la responsabi1ité de l ’optimisa tion est reportée. Le futur habitant ne peut généralement choisir entre plusieurs modèles à déposer sur son terrain. Par contre les concepteurs ont en main dès le début toutes les données de la perspective particulière d ’utilisation : type de bâtiment donc fréquence d ’utilisation, climat à affronter, financement, etc...
L ’uti1isateur serait donc en droit d ’attendre un bâti ment neuf globalement optimisé sur le plan économique.
Cela ne fait malheureusement pas partie des habitudes
professionnelles tout au long du processus de conception, en
particulier à la première étape de la mise en forme architec turale alors que c ’est là pourtant que se préparent les économies globales les plus spectaculaires.
Le sujet est certainement jugé trop trivial pour être abordé dans l ’abondante littérature des architectes, sinon en
ordre dispersé, une étude sur les techniques économiques de
construction, une sur les économies d ’énergie.
Il est vrai que l’économie globale des bâtiments est
difficile à aborder rationnellement car elle connaît deux lignes de clivage qui tendent à dé-responsabi1iser l ’architecte :
- dans le domaine économique les échéances financières immédiates occultent naturellement le long terme,
- dans celui du savoir-faire l ’approche sensible du
projet se distingue et précède souvent la satisfaction des
objectifs rationnels, à qui on lègue les servitudes économiques. Cette étude se propose de fournir à l ’architecte quel- gues outils pour l ’aider à faire face à sa responsabi1ité écono- oique dans son domaine réservé, le choix de la forme.
Nous évoquerons auparavant les potentialités et les
12 - ECONOMISER AUJOURD’HUI ET DEMAIN
L ’économie constructive à toujours capté tions des constructeurs au détriment des économies
les préoccupa- à long terme. Mais même ce court terme est encore loin d ’ë'tre satis fait de manière rationnelle.
La plupart du temps on sait dès le contrat combien doit coûter le bâtiment et c ’est au projet de s ’y ajuster. Mais comme un prix n ’induit pas une -forme, le concepteur ne peut q u ’en hasarder une (de ce point de vue économique), 1 ’évaluer, la rejeter si elle risque d ’i'tre trop chère. Et si le résultat final dépasse le budget il ne peut que couper dans le qualitatif,
finitions et équipements dont dépendent largement le plaisir
d ’habiter et l ’économie d ’utilisation. Il est trop tard pour remettre en question le quantitatif issu de la morphologie archi tecturale, sauf à refaire complètement le projet.
Pour être sûr d ’aboutir à une solution équilibrée, c ’est- à-dire où ses volontés formelles n ’hypothèquent pas les finitions (ou q u ’inversement il ne se sente pas paralysé au départ par le coût d ’objectif), l ’architecte devrait pouvoir discerner dès le début le genre de forme le moins cher à construire compte-tenu du contexte. On verra que le seul bon sens y est vite débordé et que, sans même aborder le problème du coût global, l ’architecte y est encore peu préparé.
L ’enchérissement brutal de l’énergie avait provoqué une réaction salutaire pour l ’utilisateur en rappelant q u ’il peut
ftre plus intéressant de savoir sacrifier l’économie à court
terme au profit du long terme.
Dans le domaine du chauffage cette expérience a aussi
révélé que des options morphologiques judicieuses permettent de ne compromettre aucune des deux échéances, ni ce qui fait la qualité générale d ’une architecture.
La crise énergétique nous a valu une règ1ementation thermi que exigeante. Dans son esprit elle constitue un état minimum de l ’économie globale, mais elle ne s ’applique q u ’aux logements, et il ns suffit pas q u ’un projet soit règlementaire pour être adapté au mieux à son contexte climatique et économique réel.
Cette régi la consommation 1sment 1 ’économi les méthodes de 1
ementation repose sur des méthodes de calcul de qui vont nous permettre de confronter rationnel - e énergétique à l ’économie constructive, avec
'analyse économique.
Nous n ’aborderons an détail que la dépense liée au
chauffage parce q u ’elle est habituellement majoritaire, mais
celle d ’un éventuel éclairage diurne, qui dépend aussi de
3
13 - INTERVENIR SUR L ’ARCHITECTURE
Même si c ’est une seule personne qui passe d ’un râle à l’autre l ’antagonisme architecture / technique est plus difficile à réduire, dans le domaine économique en particulier.
L ’optimisation économique de choix techniques est
relativement aisée. Depuis la crise énergétique quelques cher cheurs se sont employés à savoir mieux dimensionner les équipe
ments solaires ou à fonder les éxigences règlementaires sur
l ’intérêt global de l’usager et de la collectivité. Ils ont
montré que les résultats dépendent étroitement du contexte
climatique, mais aussi technique et financier, des conditions
d ’ut i1i sation.
Du cSté du choix des formes architecturales et urbaines on a surtout bénéficié de règles de bon sens, utiles pour assainir les habitudes mais incapable de s ’adapter au contexte complet.
Il est vrai que l ’optimisation rationnelle de la forme se heurte à deux problèmes de fond malgré un avantage incontestable.
131 - L ’avantage économique
Le travail sur la forme améliore en effet les consomma tions, au pire sans surcoût constructif (fenêtres mieux exposées
), au mieux en abaissant aussi le prix de la construction (formes
plus compactes). Alors que 1 ’ amélioration technique la plus
"rentable" se traduit généralement au départ par un investisse ment supplémentaire. Cet avantage prend encore plus de valeur aujourd’hui ou le prix de l ’énergie se normalise, allongeant le temps de retour du moindre surcoût.
132 - Problème chronologique
Le premier problème à résoudre par l ’architecte est le même que celui de l ’évaluation constructive : on ne connaît aussi la performance énergétique -donc le coût global si on le cherche- que quand tout est fixé, c ’est-à-dire trop tard pour contester la ■forme.
Il faudrait donc disposer d ’un moyen rationnel pour détermi- ner dès l ’esquisse la forme qui sera la plus économique, plus
seulement à la construction mais globalement. Et en amont
l ’urbaniste devrait savoir lui préparer le terrain. »
133 - Préserver le non quant i f i abl e
Le deuxième problème constitue l'obstacle majeur de toute tentative pour rationaliser 1’architecture : ce n'est ni seule ment un art qui échappe totalement aux contingeances matériel les, ni seulement une technique où tout peut i'tre programmé.
La -forme d ’un bâtiment "sati s-fai sant " est le résultat d'un équilibre entre les exigences de l'un (comme la commodité ou la beauté) et de l’autre (comme les économies). Et leur importance relative n'est évidemment pas proportionnel1 s à leur facilité de saisie chiffrée.
Il est donc vain d'attendre un outil de production automati que de la forme architecturale.
La seule possibilité consiste à savoir mesurer rationnelle ment ce qui peut 1 ’i'tre, les coûts en particulier, dans un nombre suffisant de synthèses empiriques diversement inspirées par ce qui n'est pas quantifiable : le choix de la forme peut s'y faire alors selon les priorités que l ’on se donne, mais en connaissance de coût.
5
14 - LE COÛT DE LA FORME
On peut heureusement jauger une -forme architecturale sans aller jusqu’à évaluer le coCit global complet du bâtiment -fini.
Il su-f-fit de mettre en évidence ce qui, dans le coût -final, peut varier uniquement selon le choix morphologique de l ’archi tecte, compte-tenu du contexte particulier ; il suffirait même de le faire sous une forme suffisante pour hiérarchiser plusieurs options entre elles.
Mais mê'me en écartant tout ce qui peut ainsi être simplifié <cf. 23), c ’est-à-dire en se limitant principalement aux effets sur l’économie de construction et sur le chauffage des seules caractéristiques spatiales du gros oeuvre, le nombre de phéno mènes confrontés reste important :
141 - L ’économie constructive
Elle dépend du choix morphologique pour les éléments
suivants :
a) Le NOMBRE DE NIVEAUX choisis, qui a plusieurs répercussions : - plancher plus cher quand il est suspendu que quand il
s ’appuie directement sur le sol et q u ’il ne néces
site pas de liaisons verticales.
- rapport de surface toiture/façade radicalement différent ; Le m2 de toit coûtant généralement plus cher que celui de mur,
une recherche d ’économie porterait à augmenter le nombre de
niveaux... mais on perd sur les planchers évoqués ci-dessus.
C ’est le premier dilemne, dont l ’issue dépend des choix constructifs et de l ’échelle du bâtiment, mais il est vrai que le nombre de niveaux est souvent imposé à l ’architecte par le pro- gra
L) La SIMPLICITÉ DU VOLUME extérieur, dont dépend le prix des ■façades et des liaisons.
Cette considération peut faire varier la dépense correspon dants du simple au double. Elle découle essentiellement du choix archi tectural.
Il faut en fait savoir y allier deux qualités distinctes :
- La simplicité FORMELLE pour limiter les linéaires de
façade et de fondation correspondante à mettre en oeuvre
La COMPACITE, terme souvent utilisé, découle de cette simplicité formelle et du nombre de niveaux, on y reviendra. - La simplicité CONSTRUCTIVE pour limiter les "chutes"
(ma-tières achetées mais inutilisées) inhérantes aux formes non orthogonales : les matériaux de construction ou leurs cof frages sont généralement vendus sous forme rectangulaire, des poutres de retombée uniforme ont une même portée optimum induisant des planchers rectangulaires, etc...
Il peut y avoir opposition entre ces deux simplicités, leur idéaux étant le cercle d ’un côté, le rectangle de l ’autre, 1 ’ar bitrage dépendant des techniques constructives propres au projet. c) La GRANDEUR DU VITRAGE, dont le prix unitaire est généralement très supérieurs à celui du mur q u ’il remplace.
Il ne s ’agit pas à proprement parler d ’un élé
ment de forme, mais il touche à la fois aux volontés
architecturales "irrationnelles", aux dépenses constructives, aux
flux énergétiques évoqués ci-après, au coût d ’un éventuel
éclairage diurne complémentaire.
142 - Les frais énergétiques annuels
Rappelons que nous ferons pour le moment abstraction des frais d ’éclairage, élément généralement minoritaire mais qui a de nombreux rapports avec la thermique et avec la forme.
Les frais annuels de chauffage dépendent de deux phéno mènes physiques distincts, les pertes thermiques et les apports solaires, et aussi de la fréquence d ’utilisation du bâtiment :
a) - Les PERTES THERMIQUES dépendent de la compacité de
la forme et du dimensionnement des vitrages, ainsi que de
l ’intensité locale du froid.
La simplicité FORMELLE déjà évoquée est aussi un fac teur d ’économie thermique double (pertes aériennes et par le sol).
Mais pour le choix du nombre de NIVEAUX quand il est
possible, on retrouve des recommandations contradictoires,
puisqu’une diminution du nombre de niveaux : - diminue la surface des murs,
- accroît le linéaire de perte par le sol, et la surface du toit, qui est généralement moins cher à bien isoler que les mur s .
Les VITRAGES perdant 6 à 10 fois plus que les murs, et provoquant des infiltrations d ’air, tout surdimensionnement à
i importantes répercussions ici aussi.
Tous ces facteurs aggravant les pertes ont aussi une incidence secondaire néfaste sur les coûts ï ils nécessitent une
augmentation de la puissance du chauffage à installer (coût
7
puissance étant -fonction des besoins maxima en l ’absence de soleil, l’avantage éventuels énoncé ci-après des grand vitrages n ’y change rien
b) - Les APPORTS SOLAIRES dépendent de l ’ensoleillement
local, de la surface et de l ’exposition des vitrages (orientation et ombres subies).
Dans la plupart des cas cette EXPOSITION ne peut
malheureusement 'être améliorée q u ’en sacrifiant la compacité de la forme, soit pour mettre un maximum de fenêtres au Sud, soit pour éviter une ombre portée par le voisinage. Cela constitue le plus important dilemme pour le concepteur (bâtiment à simple ou double orientation ?)
Le pas toujours à gommer les 1ocal.
surDIMENSIONNEMENT des vitrages bien exposé n ’est souhaitable ; il dépend de la capacité particulière surchauffes, de l ’ensemble du bâtiment , du climat
influence bi 1i stes 1 ’ achat, forte.
c) - La FREQUENCE D ’UTILISATION du bâtiment a une
sur le coût global très facile à comprendre des automo- : moins un bien est utilisé moins il doit être cher à même si sa consommation instantannée doit en être plus
□n pourrait en déduire que les économies d ’énergie sont moins importantes pour les lieux de travail ordinaire que pour les logements occupés en permanence, et q u ’il vaut mieux alors
dans tous les cas une forme compacte, plus économique à
construire. Mais ce n ’est pas si simple puisque sur le plan du chauffage l ’optimum pourrait 'être inverse : l ’inutilisation noc turne d ’un bâtiment minimise les pertes sur 24 heures -donc l ’autre intérêt de la compacité- renforçant a contrario celui des apports solaires qui peuvent justifier, on l ’a vu, des sacri fices à la compacité.
On retrouve la même ambiguïté quand de forts renou vellements d ’air minimisent l ’importance relative des pertes par
les parois.
143 - Le cumul des charges annuelles
La LONGUE DURÉE D ’UTILISATION de la plupart des bâtiments donnera de l ’importance aux efforts pour économiser l ’énergie ; mais cela dépendra aussi étroitement de l ’évolution possible du r'Rï X DE L ’ÉNERGIE choisie, et a fortiori de son prix immédiat ; m°ins ls kWh est et* restera coûteux moins les sacrifices solaires Se justifient, par exemple.
Mais cette importance peut aussi être relativisée par un éventuel EMF'RUNT immobilier qui donnerait une priorité plus ou rooins grande à 1’économie constructive et pourrait donc aussi inverser la priorité formelle.
144 - L ’alternative -formelle
Cette revue des facteurs morphologiques déterminants
montre leur diversité et la difficulté q u ’il y aurait à les équilibrer empiriquement, d ’autant plus que certains sont contra- di ctoi res.
On voit aussi que le poids du contexte réel est important et que l ’idée d ’une forme optimale polyvalente est utopique.
Seul le calcul peut intégrer valablement la forme, le climat, le financement, les particularités techniques, l ’utilisa tion du bâtiment projeté. Il faudrait donc y recourir dès le niveau de l ’esquisse puisque c ’est là que la forme est choisie.
Mais l ’intérf't de la compacité de l ’enveloppe apparais sant double (moins de parois à construire et moins de pertes de chaleur), le problème posé au concepteur peut toutefois se rame ner à deux questions simples :
- Comment définir la compacité ?
- Quelles conditions climatiques, techniques et financières,
quel type d ’utilisation justifient-ils q u ’on sacrifie cette
compacité pour gagner une meilleure exposition des vitrages, ou une construction plus simple ?
La deuxième question est suffisamment longue pour confirmer qu’on ne peut y répondre instantanément et une fois pour toute.
La première n ’est pas plus facile, mtme si les géomètres proposent une mesure de la compacité, le coefficient de forme (surface extérieure/volurne circonscrit), dont on serait tenté de déduire des volumes idéaux, portion de sphère ou cône.
Il y a d ’abord peu de chance pour que ces formes préconçues
conviennent aussi à toutes les exigeances non-économiques du
Programme.
En se limitant à notre propos, si on passe de la géométrie at>straite au concret de l ’échelle humaine on arrive surtout à trouver mieux que ces volumes idéaux ; par exemple en décapitant l ’un d ’eux de tout ce qui est au dessus de 2,5m du dernier Plancher, on obtient un espace qui reste aussi habitable mais avec moins de surface extérieurs, donc a priori moins cher et m°i ns ref roi di .
La surface extérieure n ’est pas non plus une abstraction. £lle est principalement composée de toits, de murs et de vitrages
Pui sont loin d ’âtre homogènes, que ce soit par le coût
constructif ou les possibilités de captage ou d ’isolation.
9
être complétée des -fondations périphériques (qui perdent autant que les toits et qui coûtent), des planchers intérieurs qui ne transmettent pas de chaleur mais dont la nature et par conséquent le coût dépendent aussi du choix morphologique.
Si l ’on voulait caractériser rapidement le potentiel
économique global d ’une -forme, il faudrait donc remplacer la notion abstraite de coefficient volumique de forme par plusieurs
ratios, qui sont d ’ailleurs connus des économistes de la
construction :
- compacité relative du périmètre - proportion de vitrage
- orientation moyenne des baies
Ces considérations confirment la complexité du problème qui se pose à l’architecte de bonne volonté. De plus il se pose dès les premiers coups de crayon, alors q u ’un calcul approfondi serait ressenti comme une entrave à 1 ’imagination, et q u ’il faudrait même le répéter sur plusieurs options formelles.
Il faut donc un outil d ’aide à la conception inédit pour répondre à de telles exigences.
145 - implication de l ’urbanisme
L ’équilibre de l ’alternative architecturale compacité/expo- sition devrait se préparer au plan urbain dans la mesure où elle dépend largement de l ’environnement.
ür les facteurs déterminants concernant le climat local et le type de bâtiment sont connus dès ce stade.
On peut 1 5èconomi e de et on devrait donc 1 ’archi tecturs. déjà y préparer rationnellement Më'me (agrément é1ément s ),
si l ’urbaniste affronte aussi un mélange d ’irrationnel de l ’espace public) et de rationnel (économie des une aide à la conception peut lui être utile :
Si son approche est de type synthétique (la forme vient d ’un équilibre entre les éxigences des composants), il sera par exem ple intéressé de pouvoir déterminer les cas où il peut s ’affran chir de la récente tyrannie architecturale du tout-au—Sud, quitte é Permettre la compacité.
Si l’approche est volontariste (l’ensemble des bâtiments
doit reconstituer uns forme préconçue puisée dans le patrimoine OLl 1 ’ i magi nati on ) , il sera utile de savoir quels éléments de cette forme conviennent le mieux à quels types de bâtiment.
15 - OUTILS D ’AIDE A LA CONCEPTION
Pour être réellement utile ces outils doivent répondre aux divers objectifs qui ont été relevés au passage :
- Concerner la combinaison du coCit constructif et des charges énergétiques cumulées.
- Ne questionner que sur ce qui est défini au stade de l ’es quisse architecturale ou urbaine, c ’est-à-dire la morphologie, à l’exclusion de toute considération technique.
- Intégrer les données du programme concernant le climat local, le mode d ’utilisation, les perspectives économiques et techniques.
- Etre d ’un emploi rapide, sans quitter la table à dessin si possi ble.
- Il n ’aura pas forcément à fournir une prévision définitive, plutôt une possiblité de hiérarchisation des esquisses.
A partir d ’un tronc théorique commun, objet du chapitre
suivant, nous serons sûrement amenés à établir plusieurs outils spécifiques :
1 - UN PROTOTYPE informatisé pour tester l ’intérêt de la propo sition et la sensibilité des divers paramètres.
2 - UN OUTIL SIMPLIFIE évitant le recours de l ’architecte à 1 ’i nformati que.
Le respect du contexte et la rapidité d ’emploi seront as surés par la fourniture d ’un maximum de précalculs à l ’inté rieur de cas-types diffusés par secteurs climatiques.
3 - UN OUTIL INFORMATIQUE pour la prise en compte des données exactes du projet et de tous les phénomènes en présence.
Un programme complémentaire pourra en faire un outil
d ’évaluation des coûts bien plus précis pour les phases ult érieures de l ’étude
4 ~ UN OUTIL POUR LA CONCEPTION URBAINE dont l ’objectif sera de renseigner l ’urbaniste sur les exigeances de chaque type de bâtiment par rapport à son environnement en fonction des particularités climatiques.
5 ~ UN COMPLEMENT ECLAIRAGE NATUREL permettant d ’équilibrer ce coût avec celui du chauffage et celui de la construction, et de contrôler les conditions de confort.
6 - UN COMPLEMENT METHODES CONSTRUCTIVES permettant de prendre
en compte des formes ou des méthodes constructives non
1 1
-2 - F O R M U L E S G E N E R A L E S
20 - SYMBOLES UTILISÉS
^ ^ ^ ^ ^^^ ^ ^ ^ ^ symboles déjà définis dans Thk, Thg, T h b , LHPE
A Ai a a ’ * quantité (ml, m2, m3/h) ## apports internes (W/m2)
taux d ’actualisation en Franc courant taux d ’actualisation en Franc constant B
Bch Cch CchU
*** coefficient volumique (W/°C. m3)
besoin annuel en chauffage du bâtiment (Wh) consommation annuelle pour chauff. du bât. (Wh) consommation annuelle unitaire d ’un élément (Wh/m2)
C = f. Cl (exposition)
Cl : *** coef f . d ’ orientati on / inclinaison
DH : degré heure d : DH corrigé de : différence de confort (°C) E : ensoleillement annuel e : E corrigé F F ’ f Forme
coefficient d ’apports gratuits
coefficient de répartition d ’apports gratuits facteur d ’ombre
ensemble des éléments caractérisant le potentiel économique d ’une forme de bâtiment
G : ** coefficient volumique (W/°C.m3)
g, g ’ : taux d ’enchérissement annuel de l’énergie en Franc courant, puis constant
H 1 /hi , h
: hauteur moyenne sous plafond (en m) 1/he : * résistances superficielles : proportion d ’occupation diurne
i taux d ’inflation
J 5 proportion d’occupa
K , k : coeff. de transmiss
L ■ nom des 1 i n éai res d
M m■ nom d ’un mur intéri
Mn’ nom d ’un mur intéri
M v ’ ; nom d ’un mur intéri
N « *** nombre annuel d n « N corrigé tion hebdomadaire ion (W/°C.m2 et ml) e fondation eur / extérieur
eur / espace tampon peu vitré eur / véranda
P, PU : PG, PGU : PK, PKU
prix constructifs total, unitaire (Fttc) prix globaux total, unitaire (Fttc)
prix moyens du kWh acheté, puis du kWh utile compte tenu de Vch (Fttc)
q : *** quantité d ’air totale du renouvellement (m3/h) q ’ : quantité d ’air préchauffée dans véranda (m-3/h)
R = q/V
r = q ’/q
S : facteur solaire des vitrages
Ss : *** surface sud équivalente (m2)
Sh : surface habitable (m2)
Shf : nom des planchers sur ext. ou espaces non-chauffés
Shp : nom des planchers sur terre-plain
Shc : nom des planchers sur espaces chauffés
s : "sigma"(somme de...)
T : nom des toitures
t : T de Th-B, (transparence des vérandas)
ttl, tte : ttt transmission des espaces tampons vers le logement, vers l ’extérieur
u Ua
nombre brut d ’années d ’utilisation du bâtiment nombre actualisé d ’années d ’utilisation du bât, V VI vt V ’ V" Vch w * * volume habitable (m3)
nom des vitrages 1ogement/extérieur nom des vitrages tertiaire/extérieur nom des vitrages espace-tampon/intérieur nom des vitrages espace-tampon extérieur
**** efficacité de l ’installation de chauffage ("pi"ch de LHPE)
"oméga" de ThB (proportion d ’énergie pénétrant une paroi )
*** rapport d ’apports gratuits élévation à la puissance
21 RELATION ENTRE FRAIS D ’ACQUISITION ET DE FONCTIONNEMENT
Nous limiterons
•fonctionnement relatifs
importants en coût et
architecturales. Mais la
1 ’ éclai rement naturel, égal
cette partie théorique au:-: frais de
au chauffage, qui sont les plus
les plus dépendants des options
méthode proposée peut s ’étendre à
ement dépendant.
Pour établir une liaison instructive entre les coûts constructifs et les consommations de chauffage des bâtiments il y a principalement deux méthodes :
La plus imagée consiste à calculer le temps au bout duquel l ’économie de consommation liée à un surcoût constructif arrive à égaler celui-ci et à le rendre donc "rentable" ("temps de retour", "délai de récupération " , etc...).
Mais en architecture les formes n ’ont pas que des
mobiles énergétiques, et un surcoût ne résulte pas forcément
d ’une recherche d ’économie d ’énergie ; inversement les efforts morphologiques pour économiser l ’énergie ne se traduisent pas toujours par un surcoût. Dn arriverait donc par Cette méthode à des résultats difficiles à interpréter : un nombre négatif d ’an
nées, outre son caractère abstrait, pourrait indiquer
indistinctement soit que la deuxième solution est à la fois plus chère et plus consommatrice, soit éxactement l ’inverse.
D ’autre part elle ne permet que des comparaisons deux à deux alors que les options à tester peuvent être plus nombreuses.
Bien que commode pour évaluer la rentabilité d ’équipe ments techniques, cette recherche d ’un délai de rentabi1isation ne paraît donc pas adaptée à notre objectif.
L ’autre méthode consiste à évaluer
bâtiment au bout d ’un nombre d ’années
c ’ est à dire frais d ’acquisition et cumul eddi ti onnés.
Cela oblige à prendre parti sur une durée d ’utilisation, peut-être difficile à prévoir, mais il n ’y a plus d ’ambiguité d ’ interprétation et le nombre des comparaisons est plus ouvert.
le coût global du
fixé à l ’avance,
des consommations
En outre cette méthode se prêtera bien er>visagés pour l’outil manuel.
aux précalculs C ’ est utiliser pour bS't i ment. donc cette juger le notion de potenti el coût global économi que
que nous allons
22 - ÉLÉMENTS SIGNIFICATIFS DE LA FORME
Si notre but était d ’évaluer le plus -Fidèlement possible le coût global réel au bout d ’un certain nombre d ’années il •Faudrait évidemment prendre en compte tous les éléments coûteux du bâtiment.
Ce serait -fastidieux au stade des premi ères esquisses où l’on se place, mais c ’est de toutes façons inutile car pour hiérarchiser deux ou plusieurs esquisses on peut se contenter de comptabi1iser ce qui va contribuer à la différence globale entre
options. Nous distinguerons ainsi deux types d ’éléments
significatifs :
1er TYPE : Tous les éléments formels qui ont une influence les BESOINS DE CHAUFFAGE (et non sur la consommation, ce exclue l ’installation de chauffage), q u ’ils aient ou non influence sur les prix constructifs
sur qui une
Il ne faudra pas exclure de cette liste les éléments qui
ne changent pas de comportement énergétiques d ’une option à
l ’autre, puisqu’ils comptent additionnés aux variants dans le calcul de X des énergies récupérées.
Ils comprendrons ainsi par exemple le renouvellement de l’air dont l ’importance peut être capitale dans certains program mes, et l ’inertie thermique malheureusement prise en compte de façon trop sommaire dans les méthodes de calcul pour permettre une optimisation économique qui serait pourtant utile.
2ème TYPE : Les éléments qui n ’ont pas d ’influence sur les be soins de chauffage mais qui peuvent CHANGER LE COÛT CONSTRUCTIF total en changeant de surface et / ou de prix unitaire.
Il s ’agit surtout des planchers intérieurs (exemple : entre une option de plain-pied et une à étage, la surface totale des planchers non refroidis reste la même, mais dans le deuxième cas la partie en étage coûte plus cher au m2 et nécessite des liaisons verticale).
Peuvent par contre être exclus tous les équipements plutôt indépendants de la forme : distributions intérieures, l ’installa tion de chauffage et de ventilation, d ’é1ectricité, le sanitaire, etc.
Nous appelerons la
caractérisant l ’intérêt
architecturale envisagée.
Forme l ’ensemble de tous ces éléments
économique global de l ’option
Il faudra compter
ment tel que le paiera
sùpports, finitions, taxes ®tre situé dans le temps
le prix constructif complet de l ’élé-
l ’utilisateur (soient structures,
CUMUL DES CHARGES ÉNERGÉTIQUES 231 - relativité des coûts
La durée d ’utilisation d ’un bâtiment est généralement longue. Cela permet de considérer que les variations météorologi ques s ’annulent d ’une année à l ’autre, et que les consommations annuelles sont les më'mes chaque année, exprimées en kWh.
Mais, cette longueur crée en revanche une difficulté
supplémentaire : exprimées en Francs ces consommations n ’auront plus la mi'me valeur d ’une année à l ’autre, pour deux raisons distinctes qui se conjuguent :
DÉCLYIl des pri.x j_
Le prix du kwh croît généralement d ’une année à l ’autre Par ex emple, si son
l ’an 9 le m'ë'me kWh
L ’ an 0 : 1 kWh vaut L ’ an 1 : 1 kWh = Z L ’ an 2 : 1 kWh = CZ soi t plus généralem L ’ an u : 1 kWh = Z = 1.060 x Z = 1,123 x Z F an 1 F an 2 F an u
g étant le taux d ’enchérissement annuel de l ’énergie
consommée a Franc courant (pour 6 V. on a : g = 0,06) signifie "à la puissance"
Actuali sati on :
Ces Francs avec lesquels on achètera chaque année l’énergie n ’ont pas eux-më'mes une valeur économique identique entre eux :
Si on disposait dès la première année de l ’argent â dépenser ul térieusement on pourrait le faire "fructifier" entre temps d’une manière ou d ’une autre.
Par exemple 1 F placé l’année 0 à 9 V. rapportera ;
1 ’ an 1 : 1 ( l + o , 0 9 ) II F-*
-0 9 -0 F an 1
1 ’ an 2 ; C 1 d +0 ,0 9) : ( 1 + 0 , 0 9 ) = ( 1+0, 0 9 ) x'2 = 1, 188 F an 2
soit plus généralement, a étant le taux d ’actualisation à Pfancs courants :
On en déduit q u ’inversement :
1 F an 1 = 1/(1+0,09) = 0,952 F an 0
1 F an 2 = 1/( 1+0, 09) x'2 = 0,841 F an 0 soi t pl us généralement :
1 F an u = l/(l+a)Au = <l+a)A-u F an 0
Si à l ’inverse il s ’agissait d ’argent emprunté et non placé le phénomène serait semblable : 1 F emprunté à 9 '/. l ’an 0 devrait ttre remboursé 1,09 F l’an 1, etc..
Rappelons que 1 ’actualisation est différente de l ’inflation (qui représente r enchérissement moyen de tous les achats), et nécessairement supérieure sinon l ’argent ne "rapporterait" pas.
Q2DJ.y9âi.5on dérive et açtual isatign j_
On combine ces deux variations pour évaluer la valeur ACTUELLE de 1 a dépense énergétique de chaque année.
Il s ’agit bien chaque fois de la même quantité d ’éner gie, mais en kWh qui ramenés en Francs de l ’année 0 valent chaque année :
1 ’ an 0 : 1 kWh = Z F an 0
1 ’ an 1 : i kWh = Z ( 1 + 0,06) F an 1 = Z (1+0,06) [ 1 / ( 1 + 0 , 0 9 ) 1 = 0 , 9 7 2 x Z F an 0
1 ’ an u : 1 kWh = Z ( 1 +g ) -"-u F an u = Z ( 1 +g ) -''u ( l + a ) x'-u F an 0
Ce double phénomène d ’enchérissement/actualisation parait
donc mettre les dépenses de chauffage en perspective en leur donnant une valeur actuelle décroissante avec leur éloignement dans le futur.
Il est indispensable de convertir toutes les dépenses en francs de la même année pour pouvoir les additionner entre elles.
En choisissant pour référence l ’année 0 (celle de la
conception), d ’une part on obtient des sommes plus parlantes que si tout était converti en Francs d ’une lointaine année u, et d’autre part on peut les additionner à l’estimation de la dépense constructive sans avoir à convertir celles-ci.
Lorsque la construction nécessite un emprunt son incidence sur le coût global est alors rééquilibrée en adoptant pour taux d'actualisation des dépenses énergétiques celui de l ’emprunt.
Le CUMUL de toutes les charges de chauffage des années 0 à u j en Francs de l ’année 0, s ’obtient finalement en multipliant *es charges (exprimées en Francs) de la seule année 0 par le
17
-facteur Ua tel que :
üa = (1+ g ) /( g - a ) C ((i+g)/<1+a))Au - Il (23) où : a est le taux d ’actualisation, à Franc courant
g le taux d ’enchérissement annuel de l ’énergie, à F courant u le nombre brut d ’année d ’utilisation d ’année
Ua peut-être appelé le nombre actualisé d ’années d ’utilisation. Si l ’on ne dispose que de taux à Franc "constant", c ’est-à- dire où l ’inflation a été neutralisée, on peut les convertir ainsi :
a = (1+a’)(1+i)-1 (soit environ a ’+i) g = (1+g’)(1+i)-1 (soit environ g ’+i)
où : a ’ est le taux d ’actualisation à Franc constant (c’est le rapport réel du placement)
g ’ est le taux d ’enchérissement de l ’énergie à
Franc constant (appelé sa "dérive") i le taux de l ’inflation
232 - Utilité morphologique des paramètres économiques
Ua est habituellement inférieur à u mais du mime ordre
de grandeur (par exemple 15 pour 20). La durée réelle
d ’utilisation d ’un bâtiment étant difficilement prévisible, on peut se demander s ’il est utile de s ’attarder à actualiser.
Or différents essais montrent que les variations du
taux d ’actualisation font varier considérablement Ua, de 15 à 20 par exemple.
Si on tenait également compte de l ’emprunt on constats- fait que selon le type de financement le rapport entre économie constructive et économie solaire cumulée peut en être différent : dans certains contextes un logement "social" et un logement à "financement privé plus coûteux devraient donc générer au même endroit des formes différentes.
Il est donc indispensable d ’actualiser les charges de chauffage, et de le faire selon les données précises du projet.
Pour choisir une durée d ’utilisation vraisemblable on femarquera que la plupart des bâtiments ont une échéance finan
cièrement critique pour son premier utilisateur, celle du
remboursement du crédit constructif, une échéance
Pfofessionnel1e,etc...
Une incertitude demeure sur l ’évolution du prix de 1 ’é- nergie qui a largement fait preuve d ’instabilité au niveau de la
Production pétrolière. Mais en fait, les grands fournisseurs
d'énergie domestique s ’engagent (en particulier pour l’électrici té) sur des dérives fixes, à Franc constant. Il resterait alors à parier sur l ’inflation moyenne future. Cela exigerait de la divination, mais pour justifier un choix technique il est raison- nabls de se contenter du taux d ’inflation du jour.
24 - CONSOMMATION ANNUELLE DE CHAUFFAGE DES LOGEMENTS PRINCIPAUX 241 - Consommation totale
Pour les logements principaux le moyen le plus sûr est de la calculer par l ’une des méthodes agréées de calcul du coef ficient B, puis par LHPE.
Exprimée en Francs elle peut s ’écrire : Cch = Bch/Vch en Fttc
où
Vch est le rendement de l ’installation de chauffage pour le type d ’énergie qui est envisagé pour couvrir ces besoins, tel que défini par LHPE (qui dépend de l ’énergie choisie et du type d ’installation, mais aussi de la morphologie du bâtiment).
Bch est le besoin annuel, en kWh à fournir par
l’installation de chauffage au bâtiment, tel q u ’il résulte de ses pertes et de ses apports gratuits (et dont on verra en 27 et 28 le mode de calcul).
Bch = B x V x DH/1000 en kWh
où B est le coefficient volumétrique des besoins en W/°C.m3 V le volume habitable en m3
On obtiendra avec la -formule ci-dessus une indication
suffisante pour classer des performances de logements, mais
chacune sera peu parlante pour traduire, et donc aider à amélio rer, 1 ’intérêt de chaque élément de leur Forme.
242 - Consommation détaillée
Une décomposition de la méthode ThB-85 est donc
proposée ici.
Puisque dans cette méthode B = G (1—F )
en posant G = s (A. K) / V
où s (A.K) est la somme des pertes (W/°C), renouvellement compris
on peut écrire Cch = sCA.K.DH (1-F)/Vchl en Wh/an
On aurait déjà ainsi la possibilité de distinguer les pertes annuelles de chaque élément, avec sa valeur propre de K et sa quantité A.
Mais pour y distinguer aussi les apports solaires an nuels qui valent par élément : A.w.f.Cl.E
et dont la somme est : Ss.E = s(A.w.f. Cl) E
on aura recours à un artifice en écrivant : Cch = Cch + Ss.E - Ss.E
qui s ’écrit aussi en développant :
Cch = s(A.K) ( 1 -F )/Vch DH + Ss.E - s(A.w.f.Cl) E
= sCA CK.DH <<1-F)/Vch + Ss.E / s <A.K.DH)) - w.f.Cl.El)
en posant (1-F)/Vch + (Ss.E)/s ( A.K.DH) = F ’
= f C(Ss.E + 4 , 17Sh.N)/(G.V.DH)1 dans ThB
et Vch = vr . ve. vdc . vgc / I dans LHF'E)
on a Cch = sCA (K.F’.DH-w.f.Cl.E)1 en Wh
La consommation annuelle du bâtiment exprimé comme ci- dessus se présente donc comme la somme des bilans de chaque élément (partie entre crochets), ceux-ci étant le produit de leur quantité (A) par le BILAN ANNUEL UNITAIRE du type d ’élément
(partie entre parenthèses), dont le symbole est CchU tel que ; CchU = K . F ’.DH - w.f.Cl.E en Wh/m2
Ces CchU expriment bien 1 ’originalité déperditive (K.DH) et solaire (w.f.Cl.E) de chaque m2 d ’élément dans le climat spécifique au projet (DH et E).
Mais ils montrent aussi (par F ’) 1 ’interdépendance
déperditive de tous les éléments (apports internes et masses
l’efficacité du système de chauffage.
Sous cette réserve on peut déterminer directement le prix global unitaire de chaque élément :
PGU = PU + Ua (K. F ’. DH - w.f.Cl.E) PKU/lOOO en Fttc an G
où est rassemblé l ’ensemble des responsabi1ités économiques de 1 ’ élément.
(PU ï prix constructif unitaire,/ 1DÜO pour passer des Wh aux kWh) PK : prix d ’achat moyen du kWh dans l ’énergie choisie compte-
tenu le cas échéant des di-f-f érentes tarifications des abonne ments, maintenance de l ’installation, etc...)
Le prix global unitaire de la Forme se retrouve donc ;
PG = s(A.PGU) en Fttc année 0
En cas d ’utilisation manuelle de l ’outil il serait ainsi très rapide pour l ’utilisateur de ne multiplier les quantités de son métré q u ’une fois, par ces PGU précalculés, au lieu de trois avec le passage par le coefficient B (une pour trouver G, une pour Ss, une pour le coCit constructif) .
Presque tous les éléments en sont en effet connus ou ■forf ai ti sabl es au départ, sauf f.Cl qui peut peut-être intégré en même temps que la quantité de l ’élément, et sauf surtout F ’.
Ce dernier facteur ne peut par essence être calculé que lorsque la Forme est connue ce qui s ’oppose théoriquement au précalcul souhaité ; 1 a mi se au point de l ’outil manuel devra donc passer par une reconnaissance de l ’influence de F ’ sur les résultats.
21
25 - CONSOMMATION ANNUELLE DE TOUS TYPES DE Bâ'TIMENTS
Les bâtiments tertiaires ne -font malheureusement pas
l’objet de méthodes de calcul des besoins aussi répandues que celles des logements principaux.
Ils n ’en constituent pas moins une part importante de la commande architecturale et concernent des clients qui ne sont pas moins préoccupés d ’économie, q u ’ils soient privés ou publics.
Il serait incorrect de leur appliquer textuellement le calcul du B des logements principaux car nous allons voir q u ’ ils
présentent des différences par-fois importantes avec ceux-ci,
di -f-f érences qui peuvent mener à d ’autres optima morphologiques sous le même climat et les mêmes conditions matérielles.
Nous proposons donc pour ces typologies une adaptation de ThB85 qui essaie d ’intégrer ces di-f-f érences.
Mais il faut être conscient de ce q u ’une méthode représen tant de manière aussi simplifiée des phénomènes aussi complexes ne peut être détournée sans faire frémir les puristes. En atten dant que ceux-ci nous fournissent une méthode spécifique aussi abordable, l ’architecte et son client préféreront le risque de résultats "sous réserve" à une approche totalement intuitive de la Forme.
Les différences principales avec les logements principaux sont :
251 - Fenêtres— type
Dans les bêtiments tertiaires les fenêtres ne sont
"statistiquement" pas équipées des voilages et volets qui justi fiaient dans ThB85 le facteur 0,85 appliqué à S.
On considérera dans ce cas que : w = S (et non 0,85 S) 252 - Apports internes
Dans ThBS5 les apports annuels récupérables des logements figurent dans la formule donnant X puis F et sont forfaités à :
Ai = 4,17 W/m2 de plancher (soit 100 Wh/m2 jour)
Cette valeur peut-être conservée pour des locaux peu char- en personnes ou en équipements énergivores mais elle doit stre réévaluée dans les autres cas.
Elle peut être supérieure (hôpitaux) ou intérieure (ate liers) aux 19° C du logement.
Cela peut se traduire dans les calculs par une modifica tion des degrés-heure employés :
253 - Exigence de confort
DH"' = DH + de . N
où : DH sont les degrés heure fournis par ThB (base 19°C)
de est la différence entre la température souhaitée et
ces 19°C (de peut être positif ou négatif)
N le nombre d'heures à chauffer dans l'année, par ThB Par exemple pour un atelier où 17°C suffirent :
de = 17 - 19 = 2 et DH"'= DH - 2N 254 - Discontinuité quotidienne d'occupation
C'est le cas de la plupart des lieux de travail.
Ils ne sont utilisés que le jour, où ils profitent prati quement de tous les apports solaires disponibles sur 24 h.
Mais ils sont inoccupés la nuit ce qui entraîne alors la coupure du chauffage. On peut considérer que les pertes s'an nulent hors de la période d ’occupation, sauf juste après la coupure quand la température descend, puis au petit matin quand le chauffage est rallumé un certain temps avant le retour des oc cupants : on évaluera le cumul de ces deux périodes à 3 heures.
En appelant h la proportion d ’occupation diurne : h = (heures d ’occupation + 3 ) / 24
l’innoccupation nocturne peut se traduire par une réduction de DH et de N tells que :
DH" = h . DH
5 avant ülë retbutr des oc
cupants : on évaluera le cumul de ces deux périodes à 3 heures. En appelant h la proportion d ’occupation diurne :
h = (heures d ’occupation + 3 ) / 24
1 ’ inncccupation nocturne peut se traduire par une réduction de DH et de N telle que : = h . DH = h . N = E) DH N" (E"
23
Par exemple, pour l ’atelier occupé 8 h mais sans inter ruption de chauffage à l ’heure du déjeuner :
h = (8 + 1 + é
est alors cumulable avec le précédent.
C ’est aussi le cas des résidences secondaires ou des
hôtels si on peut avoir une idée statistique de leur taux
d’occupation. Quand ils sont occupés ils le sont 24 heures sur 24 et leur logique thermique est alors proche de celle des logements principaux. Mais si le besoin instantané (exprimé par le B)^ est donc semblable il n ’en est pas de même du besoin annuel, et par conséquens de l’équilibre morphologique optimum : les sacrifices constructifs pour économiser l ’énergie s ’y trouveront dévalués par rapport aux logements chauffés en permanence.
Si on néglige un éventuel chauffage de veille antigel on
peut considérer que pendant ces jours entiers inoccupés, les
pertes s ’annulent comme dans le cas précédent (sans les 3 heures de transition) mais que cette fois-ci les apports solaires sont inutilisables : s ’ils ne sont pas arrêtés par des volets antivols ils ne peuvent être assez stockés passivement pour être exploités les jours ouvrables.
ou
En appelant j la proportion d ’occupation hebdomadaire ; j = jours d ’occupation hebdomadaire / 7
j = jours d ’occupation annuelle / (N/24)
Les jours d ’inoccupation peuvent eux aussi se traduire Par une réduction des caractéristiques météo réelles :
D H ’ = J. DH N ’ = j. N E ’ = j. E
Par exemple pour 1’atelier occupé 5 jours sur j = 5 / 7 = 0,71
D H ’ = 0,71 DH N ’ = 0,71 N E ’ = 0,71 E
Ou pour un chalet occupé 15 jours par hiver : j = 15 / ( N / 2 4 ) = 360 / N
D H ’ = 360 DH / N N ’ = 360
256 - Synthèse pour tous types de bâtiments On voit que la plupart des
tiaire peuvent se traduire par des météo réelles. Pour les cumuler, en i W en kW, on pose pour TOUS les types
ajustements de thB au ter-
manipulations des données
ncorporant la convention des de bâtiments ;
n = h . j . N / 1000
d = h . j (DH + de.N) / 1000 e = j . E / 1000
sachant que pour les logements principaux ; h=j=l et dc=0 Pour l ’atelier déjà décrit on a par exemple ;
n = 0,50 x 0,71 N / 1000 = 0,35 N / 1000
d = 0,50 x 0,71 (DH - 2 N) / 1000 = 0,35 (DH-2 N) /1000 e = 0,71 E /'lOOO
<on constate ainsi q u ’il n ’est pas chauffé les 2/3 du temps, ce qui doit avoir une influence certaine sur les choix économiques)
En posant aussi pour simplifier l ’écriture ; f.Cl = C (c’est l ’exposition solaire)
1=> consommation détaillée (cf 242) devient :
CchU = K . F ’.d - w.0.e en kWh/m2
et le PRIX GLOBAL UNITAIRE s ’écrit :
PGU = PU + Ua (K.F’.d - w.C.e) PKU en Fttc année 0 : F ’ = 1—F + [s ( A. w . 0) .e] / Cs(A.K).d3
et dans F : X = Cs(A.w.C).e + Ai.Sh.nl / Cs(A.K).d3
sachant que Ai = 4,17 pour les logements principaux
On remarque que dans le cas de locaux à occupation uni quement diurne, dans le rapport X des apports gratuits aux per tes, le dénominateur est minoré de h.j (contenu dans d) alors que la partie solaire du numérateur ne l ’est que de j (dans e ) .
X y prendra donc des valeurs sensiblement di f f érentes de selles qui sont habituellement trouvées pour le logement, et qui sont les seules pour lesquelles les -formules donnant F ont été
établies dans ThB.
C ’est cette différence qui justifie une certaine prudence Vl s à vis des calculs que nous proposons pour ce qui n ’est pas du
logement principal. Des coefficients correcteurs devraient
25
26 - CONSOMMATION PAR L ’expressi on peut i'tre di f -f érenci ée D’ÉLÉMENT de la Forme
ÉLÉMENTS DU ESTIMENT
générale de CchU que noue venons d ’obtenir en appliquant ThB85 en détail, par TYPE participant aux échanges thermiques.
On conviendra au préalable que chaque type sera
représenté par une lettre associée à ses di-f-f érentes caractéris tiques ; cette lettre aura une ’ quand la paroi est protégée par un espace non chauffé et un " quand il s ’agira des parois exté rieures de ces espaces non chauffés.
Par exemple, pour un mur derrière espace tampon peu vitré dont le symbole est M n ’, CchU s ’écrira B M n ’, K s ’écrira K M n ’, sa surface AMn’.
Et pour le vitrage extérieur de l ’espace tampon, dont le symbole est V", l ’exposition par exemple est CV".
Puisque l’objet de notre étude n ’est pas 1 ’amé1ioration constitutive des parois mais celle de leur combinaison morpholo gique (surface et exposition) des valeurs forfaitaires de K, tau et S pourront ë'tre utilisées ultérieurement.
261 - Murs
a) - Murs intérieur/extérieur (nom M) :
K = KM w = 0,3 KM/he 1/he = 0,06
Le bilan annuel de 1 m2 devient donc : BM = KM (d .F ’ - 0,018 CM.e)
b) - Murs intérieur / locaux
peu ventilés, modérément vitrés sur
non chauffés (nom M n ’) : l ’extérieur (véranda exclue) Le vitrage extérieur à l ’espace tampon étant nommé V" sa surface est AV", l ’exposition CV", la transmission solaire wV", *es apports solaires indirects de ce vitrage au logement à tra- vers la totalité du mur séparatif M n ’ est d ’après ThB :
= Sst.téta (avec téta = 1—tau et Sst = A V " .w V " .CV") 5°it par m2 de mur séparatif :
Ss/AMn’ = S s t .t éta/AMn’= w V " .C V " (1-tau)AV"/AMn’
Les pertes étant proportionnel1 es à KMn’.tau, le bilan s ’écrit : B M ’ = KMn’.t a u .d . F ’ wV"(1-tau) AV"/AMn’
262 - toits
a) toit non ventilé (nom T) ;
K=KT w = 0 ,3 KT/he l/he=0,05 BT = KT (F’.d - D, 015 CT.e) b) toit sous comble (nom T ’) :
K = K T ’.tau w=0 B T ’ = K T ’.tau-F’-d
263 - Périmètres des planchers sur terre-plain : Li n éaire sur exitérieur (nom L) :
k = KL w = O BL = KL d. F ’
■ Li néai re sur espace non chauffé
k II tau w = o
B L ’ = KL.n
a tau. d. F ’
264 - Planchers (noms S h ...)
Pour les calculs énergétiques, seuls nous intéressent ici les planchers qui donnent lieu à des échanges thermiques, étant au-dessus d ’un air plus ou moins -froid. Mais rappelons que pour le bilan des frais constructifs il faudra également compter ceux qui n ■’ occ asi onnent pas de pertes, c ’est-à-dire le plancher inter médiaire et celui sur terre-plain (les pertes de celui-ci n ’étant que proportionnel1e à son périmètres (éf.ThK), donc déjà compta bilisé aux "linéaires" ci-dessus).
a) - Planchers sur air extérieur (nom Shf) : K = KShf w = o
BShf = KShf. d. F ’
b) - Plancher sur local non ch. ou vide san. (nom S h f ’) : K = K S h f ’ w = o
BShf’ = KShf c) - plancher sur d ) - plancher £ur
.tau.d.F ’
air chaud (nom Shc) : terre-plain (nom Shp)
BShc = 0 BShp = □
a) - Logement/extérieur (nom VI)
K = KV1 = K moyen jour-nuit + 0,34 m.e’ w = 0,85 S où 0,34 m . e ’ : infiltrations d ’air (cf. ThG)
BV1 = (Km + 0,34 m . e ’ld.F’ - 0,85 S.Cvl.e 265 - Vitrages des espaces chauffés
b) - Bâtiments tertiaires/extérieurs(nom V t ) K = KVt = K vitrage nu + 0,34 m.e’
BVt = (Kn + 0,34 m . e ’)d.F’- S.CVt.e c) - Logements/vérandas : voir ci-après
w = S
266 -^Vérandas accolées
Appellations des éléments séparatifs logement/véranda : M v ’ mur
V ’ vitrage
L ’ linéaire de sol
q ’ air traversant la véranda
Appellations des éléments véranda/extérieur : V" verri ère 0" paroi opaque L" linéaire de sol Plancher de la véranda : Shv Pour *e bilan il énergétique en
les éléments dont nous avons indiqué jusqu’alors
est facile de déterminer la responsabilité
comptabi1 isant les flux inversas les traversant. Mais dans le cas d ’une véranda accolée chacun de ces ■Flux traverse successivement les deux types de parois qui la limitent côté logement et coté extérieur.
Pour avoir une idée juste du bilan annuel de 1 a véranda complète par rapport au logement, il ne faut comptabi1iser ces f1ux q u ’à leur seul passage 1ogement/véranda, ainsi que le fait ThB :
B véranda = Tl e . F ’.d - Ss.e en kWh/an
avec nos appellations les PERTES 1ogement/véranda sont :
Tle = t a u ’ (AMv’.K M v ’+ A V ’.KV’+ A L ’ .KL’+ 8,34 q ’) en W/°c la part des APPORTS solaires de la véranda au logement :
28
Ssd = t (AMv’.KMv’.C M v ’.alpha/hi + 0,85 S v ’.A V ’.C V ’)
et les apports indirects (Sst-Ssd) se déduisent des apports
totaux de la véranda qui sont ;
Sst = 0 , 8 A V " .SV".CV" + AO".K O " .C O " .03/he
Toutefois notre objectif, plus ambitieux, est
d’attacher à chaque élément de la dépense constructive son éven tuelle responsabi1ité énergétique, tout en gardant une idée juste des besoins totaux selon ThB.
Pour la véranda il faut donc disposer de bilans pour les deux types de paroi séparative (vers l ’intérieur et vers l ’exté rieur). Mais si on voulait q u ’ils soient exhaustifs on serait obligé de compter les mêmes flux deux fois, on l ’a vu plus haut, et le bilan total du bâtiment s ’en trouverait faussé.
Afin de maintenir la justesse de ce bilan total sans trop compliquer les calculs, nous proposons d ’affecter chaque ■flux à la paroi dont il dépend pri nci pal ement sur le plan morpho logique :
- toutes les pertes seront affectées aux séparatifs intérieurs - des apports on ne répartira que ceux qui seront effecti
vement transmis au logement, soit ; Ss = Ssd (1-téta) + téta.Sst
où Ssd (1-téta) sera affecté aux séparatifs 1ogement-véranda et téta.Sst aux séparatifs véranda-extérieur
En regroupant dans ce but pertes et apports de chaque élément on peut recomposer le bilan de la véranda en une somme de bilans élémentaires, de la forme :
B véranda = A M ’.BM’ + A V ’.BV’ + A L ’.BL’ + Bq + AV".BV" + AO".BV" °üj par exemple, pour le vitrage V ’ on a :
W ’.BV’ = (tau’ . A V ’ .KV’ )d.F* - (0, 85 t . S V ’. A V ’. C V ’) e = A V ’ (KV’.t a u ’.d . F ’ - 0,85 t.SV’.CV’.e)
bilan annuel unitaire du vitrage séparatif y est donc :
Bv’ = K V ’.tau’.F’.d - 0,85 t.SV’.CV’.e en kWh/m2
Les bilans des autres types d ’éléments sont de la mime manière ; 'v'Urs séparatifs ;
BMv’ = KMv’ C t au’. d. F ’ - t. CMv’ (1 - téta) e. alpha / h i 1 titrages séparatifs :
BV’ = K V ’. t a u ’, d. F ’ - 0,85 t. S V ’. C V ’ (1 - téta) e dont les apports directs sont (avec t = T de ThB) :
Périmètre séparatif : BL’ = K L 5. tau’. d. F ’ Air traversant : Bq’ = G,34. t a u ’, d. F ’ Verri ère : BV" = - 0,8. SV". CV". e. téta Opaques extérieurs :
BO" = - KO". CO", e. téta. 0,3/he Plancher véranda : Bshv = 0
Périmètre extérieur : BL" = 0
L ’interdépendance par F ’ entre tous les éléments énergé tiquement actifs de 1’espace chauffé s ’étend à ceux qui le sépa rent de la véranda (M’, V ’, L ’)
Mais il y a une autre dépendance, par tau’ et/ou téta, entre tous les éléments, extérieurs et séparatifs, de la véranda. Rappelons en effet que dans ThB (mais tau est ici appelé t a u ’ pour le distinguer du tau des espaces peu vitrés) :
t a u ’= (tte + 0,34 q ’) / (ttl + tte + 0,34 q ’>
et téta = (ttl + 0,34 q ’) / (ttl + tte + 0,34 q ’)
où tous les types de parois se retrouvent, soit avec avec nos appellations :
ttl = A M v ’.KMv’ + A V ’.KV’ + A L ’.KL’ et tte = AV'.KV" + AO" .KO" + AL". KL"
Un bon exemple quantitatif de 1 ’interdépendance dans la
véranda est fourni par le débit d ’air ( lui aussi traverse à la fois les extérieurs et les séparatifs) : selon q u ’il est exploité délibérément avec ventilation mécanique ou uniquement quand les vitrages séparatifs sont ouverts, son débit q ’ peut passer de 120 à 40 m3/h par exemple :
Son bilan q ’.B q ’ chutera alors doublement, par q ’ et par tau’ (celui-ci passera de 0,86 à 0,84 par exemple), ce qui pourrait paraître favorable, considéré isolément.
Mais en mlî'me temps téta (qui ne figure pas au bilan de l’air) passera de 0,30 à 0,21, ce qui baissera de 50 Z. les bilans de tous les extérieurs, les rendant moins favorables puisque de slgne négatif : le transfert d ’air en se ralentissant rendra lr'utile une plus grande part d ’apports solaires indirects.
Remarquons, également, que la valeur forfaitaire de tau
Proposée par ThG (0,8) est souvent dépassée dans une véranda ; il Vaut mieux la calculer en mi'me temps que téta (qui est lui aussi différent de 1—tau puisqu’il y a toujours un minimum de circula tion d ’air dans une véranda).
