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Bilan énergétique d'un immeuble administratif : une approche simplifiée pour l'évaluation du comportement énergétique du bâtiment
CAPI
WEBER, Willi, et al .
Abstract
Le CAPI est un immeuble administratif des Syndicats patronaux mis en service fin 1983. Une attention particulière fut portée sur sa conception énergétique, impliquant, entre autres, des dispositifs tels que récupération de chaleur et captage solaire. Il était donc intéressant de vérifier qu'une telle volonté initiale d'économie d'énergie se traduisait effectivement dans les faits. Les Syndicats patronaux d'entente avec le Délégué à l'énergie du canton de Genève ont demandé en 1987 au CUEPE une étude du comportement énergétique global du CAPI. Une stratégie de mesures a donc été établie pour permettre l'évaluation du bilan énergétique et thermique de l'immeuble et pour vérifier la qualité des prestations escomptées ainsi que le bon fonctionnement des installations en cause (chauffage, ventilation, climatisation). Ce rapport est la synthèse des mesures effectuées entre avril 1988 et fin mars 1989, ainsi que les interprétations auxquelles elle donne lieu. Il apparaît ainsi que les prestations réelles sont inférieures aux prestations prévues. Ces résultats permettent également de [...]
WEBER, Willi, et al . Bilan énergétique d'un immeuble administratif : une approche simplifiée pour l'évaluation du comportement énergétique du bâtiment CAPI . 1989
Available at:
http://archive-ouverte.unige.ch/unige:79688
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CENTRE UNIVERSITAIRE D'ÉTUDE DES PROBLÈMES DE L'
BILAN ÉNERGÉTIQUE D'UN IMMEUBLE ADMINISTRATIF
Une approche simplifiée pour l'évaluation du comportement énergétique du bâtiment CAPI
W. Weber, B. Lachal, R. Maiorano, O. Guisan
UNIVERSITÉ DE GENÈVE
SÉRIE DE PUBLICATIONS DU CUEPE N° 37
Une approche simplifiée pour l'évaluation du comportement énergétique du bâtiment CAPI
W. Weber, B. Lachal, R. Maiorano, O. Guisan
Rapport réalisé sur mandat des Syndicats patronaux en collaboration avec le service de délégué à l'Energie du canton de Genève.
Décembre 1989
Addresse: CUEPE, 20 rue de l'Ecole
CH-1211 Genève 4. -de-Médecine,
T A B L E D E S M A T I E R E S
A V A N T - P R O P O S v 1. I N T R O D U C T I O N , H I S T O R I Q U E 1
1.1 O r i g i n e d u p r o j e t 1 1.2 C o n c e p t é n e r g é t i q u e 1 1.3 E t u d e d u s o l a i r e actif: les c a p t e u r s à a i r et le s t o c k a g e 1
1.4 E t u d e d u s o l a i r e p a s s i f et d u b i l a n g l o b a l 1
2 . D E S C R I P T I O N D U B A T I M E N T CAPI 3 2 . 1 S i t u a t i o n et a f f e c t a t i o n 3
2 . 2 L ' e n v e l o p p e 3 2 . 3 L e s y s t è m e s o l a i r e a c t i f 3
2 . 4 L e s y s t è m e s o l a i r e p a s s i f
2 . 5 C l i m a t i s a t i o n , c h a u f f a g e et r é g u l a t i o n 3
3 . H Y P O T H E S E E T M E T H O D E D E T R A V A I L 5 3. 1 E t u d e d u c o m p o r t e m e n t t h e r m i q u e 5 3 . 2 M o y e n s de c o m p t a g e e x i s t a n t s 5
3 . 3 D é r o u l e m e n t d u t r a v a i l 6
4 . R E S U L T A T D E S M E S U R E S 7 4. 1 L e s m e s u r e s 7 4 . 2 C a l c u l de l ' i n d i c e é n e r g é t i q u e 10
4 . 3 C o m p a r a i s o n d e s i n d i c e s é n e r g é t i q u e s 11
5 . C A L C U L D U B I L A N T H E R M I Q U E 14 5. 1 D e s c r i p t i o n d e s m e s u r e s et d e s h y p o t h è s e s de c a l c u l 14
5 . 2 L e d é f a u t de b i l a n 2 5
6 . A N A L Y S E D U B I L A N T H E R M I Q U E 2 6 6. 1 R é c u p é r a t i o n de la c h a l e u r é v a c u é e d u c e n t r e i n f o r m a t i q u e 26
6 . 2 D é p e r d i t i o n s t h e r m i q u e s à t r a v e r s l ' e n v e l o p p e et p a r
r e n o u v e l l e m e n t d ' a i r 26 6 . 3 R é c u p é r a t i o n d e l ' é n e r g i e 2 9 6 . 4 L e s a p p o r t s i n t e r n e s 2 9 6 . 5 U t i l i s a t i o n de l ' é n e r g i e s o l a i r e 30
6.6 I n s t a l l a t i o n s t e c h n i q u e s p o u r le c h a u f f a g e , la c l i m a t i s a t i o n
et la r é g u l a t i o n 3 2
iii
d u C A P I s a n s m o d i f i c a t i o n s i m p o r t a n t e s d e s i n s t a l l a t i o n s 3 5 7 . 2 P r o p o s i t i o n 2 , a m é l i o r a t i o n é n e r g é t i q u e d u CAPI a v e c
m o d i f i c a t i o n d e s i n s t a l l a t i o n s 3 7 7 . 3 P r o p o s i t i o n 3 , a m é l i o r a t i o n é n e r g é t i q u e d u CAPI d a n s
l ' h y p o t h è s e d ' u n n o u v e a u p r o j e t 3 7
8 . C O N C L U S I O N S : L E S L E Ç O N S D E C E T T E E X P E R I E N C E 3 8
8 . 1 C o m p o r t e m e n t g l o b a l d u CAPI 3 8 8 . 2 L e s l e ç o n s de c e t t e e x p é r i e n c e 3 8
R E F E R E N C E S 4 1 A N N E X E 4 . 1 4 2 A N N E X E 5 . 1 4 3
iv
A V A N T - P R O P O S
Le CAPI est u n i m m e u b l e a d m i n i s t r a t i f d e s S y n d i c a t s p a t r o n a u x m i s e n s e r v i c e f i n 1983. U n e a t t e n t i o n p a r t i c u l i è r e fut p o r t é e s u r s a c o n c e p t i o n é n e r g é t i q u e , i m p l i q u a n t , e n t r e a u t r e s , d e s d i s p o s i t i f s t e l s q u e r é c u p é r a t i o n de c h a l e u r et c a p t a g e s o l a i r e . Il é t a i t d o n c i n t é r e s s a n t d e v é r i f i e r q u ' u n e t e l l e v o l o n t é i n i t i a l e d ' é c o n o m i e d ' é n e r g i e se t r a d u i s a i t e f f e c t i v e m e n t d a n s les f a i t s .
L e s S y n d i c a t s p a t r o n a u x d ' e n t e n t e a v e c le D é l é g u é à l ' é n e r g i e d u c a n t o n de G e n è v e ont d e m a n d é e n 1987 a u C U E P E une é t u d e d u c o m p o r t m e n t é n e r g é t i q u e g l o b a l d u C A P I .
Une s t r a t é g i e d e m e s u r e s a d o n c é t é é t a b l i e p o u r p e r m e t t r e l ' é v a l u a t i o n d u b i l a n é n e r g é t i q u e et t h e r m i q u e d e l ' i m m e u b l e et p o u r v é r i f i e r la q u a l i t é d e s p r e s t a t i o n s e s c o m p t é e s a i n s i que le b o n f o n c t i o n n e m e n t d e s i n s t a l l a t i o n s e n c a u s e ( c h a u f f a g e , v e n t i l a t i o n , c l i m a t i s a t i o n ) .
Ce r a p p o r t e s t la s y n t h è s e d e s m e s u r e s e f f e c t u é e s e n t r e a v r i l 1988 et f i n m a r s 1989, a i n s i que les i n t e r p r é t a t i o n s a u x q u e l l e s e l l e d o n n e lieu. Il a p p a r a î t a i n s i q u e les p r e s t a t i o n s r é e l l e s s o n t i n f é r i e u r e s a u x p r e s t a t i o n s p r é v u e s . C e s r é s u l t a t s p e r m e t t e n t é g a l e m e n t d e p r é v o i r et q u a n t i f i e r d e s a m é l i o r a t i o n s p o s s i b l e s .
S u i t e à c e r a p p o r t les S y n d i c a t s p a t r o n a u x ont m a n d a t é u n i n g é n i e u r p o u r m e t t r e e n o e u v r e les a m é l i o r a t i o n s p r o p o s é e s p a r le r a p p o r t . U n n o u v e a u b i l a n é n e r g é t i q u e , a p r è s l ' e x é c u t i o n d e c e s t r a v a u x , p e r m e t t r a d ' e n v é r i f i e r l ' e f f i c a c i t é .
o
N o u s r e m e r c i o n s p o u r les c o n t r i b u t i o n s d i v e r s e s à ce t r a v a i l : M. D . J u l l i a r d , a r c h i t e c t e d u C A P I , M. A. Z a k h e r , i n g é n i e u r c o n s e i l , les e n t r e p r i s e s C h a l e u r S . A . et Johnson^ C o n t r o l s S . A , M e s s i e u r s D e r o n t et P a i l l a r d , r e s p o n s a b l e de la g e s t i o n et de l ' e n t r e t i e n de la c l i m a t i s a t i o n et d u c h a u f f a g e , les o c c u p a n t s de l ' i m m e u b l e C A P I .
v
1. I N T R O D U C T I O N , HISTORIQUE
1.1 Origine du projet
En 1977 les locaux du Centre i n t e r p r o f e s s i o n n e l , au 9 8 , rue de St- J e a n , sont saturés et il devient nécessaire de trouver des surfaces supplémentaires pour transférer certains s e r v i c e s .
Propriétaire de deux i m m e u b l e s , 65 et 6 7 , rue de S t - J e a n , les Syndicats patronaux obtiennent l'autorisation de démolir ces deux immeubles et d'en changer l ' a f f e c t a t i o n , étant donné leur état de vétusté et la nuisance due aux trafics tant f e r r o v i è r e que r o u t i e r . Le m a î t r e de l'ouvrage et l'architecte décident de profiter de la réalisation de cette nouvelle construction pour " c o n t r i b u e r au
développement et à la recherche dans le domaine des économies d ' é n e r g i e et de l'utilisation active de l'énergie solaire" (1).
1.2 Concept énergétique
Dans ce b u t , le G r o u p e Energie Solaire de l'Ecole p o l y t e c h n i q u e de L a u s a n n e , sous la direction du professeur F a i s t , est c h a r g é , dès 1 9 7 9 , de définir un concept énergétique pour ce b â t i m e n t .
Sur la base de cette é t u d e , l'enveloppe et les installations sont réalisées de façon à conserver et recycler l'énergie dans le bâtiment et utiliser l'énergie solaire active et passive pour le c h a u f f a g e des locaux (2).
Le bâtiment est achevé fin 1983 et dès sa m i s e en s e r v i c e , l'Office fédéral de l ' é n e r g i e , O F E N , finance une recherche (3) pour
l'évaluation des systèmes d'utilisation de l'énergie solaire passive et active.
1.3 Etude du solaire actif: les capteurs à air et le stockage
L'étude et la m e s u r e du système a c t i f , des 80 m2 de capteurs à air et principalement du comportement du stockage à e a u , furent réalisées par le Laboratoire de t h e r m o d y n a m i q u e et é n e r g é t i q u e du professeur Gianola en 1985 (4).
1.4 Etude du solaire passif et du bilan global
L'étude et la m e s u r e du système passif d e c a p t a g e de l'énergie solaire restaient à f a i r e . Il fallait aussi répondre à la question des
Syndicats patronaux : le bâtiment fonctionne-t-i1 comme prévu ? A leur d e m a n d e , W . W e b e r , a r c h i t e c t e , c o l l a b o r a t e u r au CUEPE et enseignant à l'Ecole d'Architecture de G e n è v e , é l a b o r e un projet d'étude des performances du système solaire p a s s i f , comprenant également une évaluation du comportement t h e r m i q u e de l'ensemble du b â t i m e n t .
Sur la base de ce projet un groupe de travail est créé c o m p r e n a n t le Bureau du délégué à l'énergie et le Centre u n i v e r s i t a i r e d ' é t u d e des problèmes d ' é n e r g i e , C U E P E .
2
Ce document est le compte rendu du travail réalisé par le C e n t r e u n i v e r s i t a i r e pour l'étude des problèmes de l ' é n e r g i e .
Il tente p r i n c i p a l e m e n t de répondre à trois questions : - Le CAPI fonctionne-t-i1 comme prévu ?
- L'énergie solaire est-elle un appoint utile ? - Quelles leçons peut-on tirer de cette expérience ?
2 DESCRIPTION DU BATIMENT CAPI 2.1 Situation et affectation (1)(2)
Le CAPI forme la pointe d'un îlot du XIXe s i è c l e . Il r e s p e c t e le gabarit et r e p r e n d , dans sa f a ç a d e , certains thèmes des immeubles voisins (figures 2-1 et 2 - 2 ) .
Sa destination est a d m i n i s t r a t i v e . Il comprend un r e z - d e - c h a u s s é e avec les entrées et l ' a c c u e i l , cinq étages de b u r e a u x , un attique pour les locaux techniques et deux niveaux en sous-sols de dépôts et d ' a b r i s . 2.2 L'enveloppe
Les murs de façades en béton sont porteurs pour dégager l'intéreur et garantir la souplesse d'aménagement des bureaux.
L'isolation est extérieure et recouverte d'un bardage de tôles t h e r m o l a q u é e s .
Les fenêtres comportent des m e n u i s e r i e s m é t a l l i q u e s , des triples vitrages et sont protégées par des stores extérieurs à l a m e l l e s .
Partiellement accessible au-dessus des b u r e a u x , la t o i t u r e utilise les panneaux solaires pour couvrir 1'attique.
2.3 le système solaire actif
80 m2 de capteurs à air situés sur la toiture p e r m e t t e n t de p r é c h a u f f e r l'air de climatisation ou de chauffer un stockage à e a u .
2.4 le système solaire passif
Les fenêtres de la façade sud sont disposées en fonction des ombres portées de m a n i è r e à profiter au maximum de l ' e n s o l e i l l e m e n t d ' h i v e r . Le système de ventilation permet de transmettre les gains solaires dans les zones peu e n s o l e i l l é e s .
2.5 c l i m a t i s a t i o n , chauffage et régulation
Le système de climatisation et de chauffage (figure 2.3) est un système à air. Le chaud et le froid sont fournis par les installations de
1'immeuble v o i s i n .
Les concepteurs ont tenu compte de toutes les possibilités de récupération d ' é n e r g i e . On trouve a i n s i , dans l'ordre:
. Un p r é t r a i t e m e n t g é n é r a l , c o m p o s é de:
- un 1er préchauffage de l'air neuf par récupération de chaleur sur 1'air e x t r a i t ,
- un 2e préchauffage de cet air par le système solaire a c t i f , - un 3e préchauffage par récupération sur l'EDPAC des o r d i n a t e u r s , - une h u m i d i f i c a t i o n .
. Un t r a i t e m e n t séparé pour les 4 zones du b â t i m e n t , c o m p o s é de:
- un m é l a n g e d'air prétraité - air neuf - air r e c y c l é , dont les proportions sont r é g l a b l e s ,
- un t r a i t e m e n t de l'air p u i s é , fonction des c o n d i t i o n s extérieures (température, e n s o l e i l l e m e n t ) ,
- une thermostatisation de l'air ambiant par l o c a l , g r â c e à un p o s t c h a u f f a g e par récupération sur l'EDPAC des o r d i n a t e u r s ou par l'eau chaude de la c h a u f f e r i e .
4
Figure 2 - 1 façades du bâtiment CAPI
Rue du Mandement Rue de SGint-Jean
Figure 2-2 plan d'étage type
N
Figure 2-3 principe de climatisation et de c h a u f f a g e
1° préchauffagc récupération sur air extrait
2° préchauffage système solaire
Prétraitement . préchauffage par récupération sur ordinateurs
. humidification
Mélange : . air recyclé . air prétraité
extérieur
Préparation do l'air puisé et insu- flation par zone
Climatisation par postchauf- fage
,récupéra- tion ordina- teurs
. chaufferie
Récupéra- lion de chaleur sur air extrait par circuit d'eau glycolé
3 HYPOTHESE ET METHODE DE TRAVAIL
L'étude t h e r m i q u e et énergétique d'un bâtiment de la c o m p l e x i t é du CAPI n é c e s s i t e une approche g l o b a l e pour c o m p r e n d r e le tissu de
relations existant entre les différents s y s t è m e s , les interactions et leur structure p r o p r e .
Par e x e m p l e , le système d'utilisation de l'énergie solaire passive est d i r e c t e m e n t lié à la conception de l'enveloppe et au c o m p o r t e m e n t de l ' u s a g e r , des systèmes de c h a u f f a g e , de climatisation et de la
r é g u l a t i o n .
Cette d é m a r c h e g l o b a l e est calquée sur l'approche du g é n é r a l i s t e , qui fait un "chek-up" c o m p l e t , avant d'adresser son patient aux divers spéci ali stes.
De ce fait et aussi pour des raisons de b u d g e t , nous avons exclu d ' e n t r é e une chaîne de mesures et autres installations coûteuses en matériel et en t e m p s .
3.1 Etude du comportement thermique
Le projet de recherche propose une analyse du c o m p o r t e m e n t t h e r m i q u e et é n e r g é t i q u e de ce bâtiment sur une année pour l'observer dans toutes les conditions climatiques et d ' a c t i v i t é s , afin d'en tirer l'indice é n e r g é t i q u e et de le comparer à quelques autres e x e m p l e s , ainsi qu'aux prévisions des c a l c u l s .
Les relevés sont prévus chaque semaine pendant une année s o i t , dans notre c a s , du 31 mars 1988 au 31 mars 1989.
3.2 Moyens de comptage existants
L'observation des installations nous a m o n t r é que les moyens de comptage existant pour ces installations c o n s i s t a i e n t en :
Compteurs de chaleur type CALEC permettant de m e s u r e r : - la chaleur fournie au CAPI
- le froid fourni au CAPI
- la récupération de chaleur sur les o r d i n a t e u r s . Compteurs électriques permettant de connaître :
- la consommation totale de jour - la consommation totale de nuit
- la consommation des ordinateurs et de leur climatisation - la consommation des ascenseurs
- la consommation des ventilateurs et h u m i d i f i c a t e u r s
Si ces possibilités de comptage ne sont donc pas aussi complètes que l'exigerait une étude détaillée du comportement t h e r m i q u e du b â t i m e n t , elles permettent néanmoins de c o n n a î t r e l'ensemble de l'énergie payante fournie à ce b â t i m e n t .
6
3.3 Déroulement du travail 3.3.1 mesures prévues
- relevés hebdomadaires des compteurs existants par les personnes en charge de l'entretien des installations et ceci pendant une année complète;
- relevés journaliers pendant une ou deux semaines types par le CUEPE;
- m e s u r e s ponctuelles de t e m p é r a t u r e et de r a y o n n e m e n t pour
vérifier les régulations de températures i n t é r i e u r e s , ainsi que les hypothèses de corrélation avec les données m é t é o r o l o g i q u e s de C o i n t r i n ;
- étude de l'occupation des espaces et du degré d ' é q u i p e m e n t des bureaux;
- q u e s t i o n n a i r e à tous les usagers sur le confort des l o c a u x . 3.3.2 mesures complémentaires effectuées en cours de travail
analyse photographique du c o m p o r t e m e n t des usagers quant au m a n i e m e n t des stores;
m e s u r e des variations de t e m p é r a t u r e s intérieures en divers endroits du b â t i m e n t .
3.3.3 interprétation des mesures
bilans thermiques h e b d o m a d a i r e , mensuel et a n n u e l , ainsi que leurs comparaison et analyse.
évaluation du comportement t h e r m i q u e de l ' i m m e u b l e , des
i n s t a l l a t i o n s , des gains solaires et propositions d ' a m é l i o r a t i o n .
4 RESULTAT DES MESURES
4.1 Les m e s u r e s
D'avril 1988 à mars 1989, des relevés h e b d o m a d a i r e s ont été effectués par les personnes chargées de la gestion des installations sur des fiches préparées par le CUEPE. (annexe 4-1)
Le tableau 4-2 récapitule les consommations pour chaque période de m e s u r e .
Ces relevés nous ont permis de c o n n a î t r e les consommations de f r o i d , de chaud (figure 4-1) et d'électricité du bâtiment (figure 4 - 3 ) .
4 . 1 . 1 besoins de froid et de chaud
A N N E E DE M E S U R E , A V R I L 1988 - M A R S 1989 MJ/jour
3000
Q
= 2000
<
X
CJ 1 000
-1000 --
o
OS
- 2 0 0 0 - -
-3000
- I - - I - - I -
CO
30
20
1 0 I ta I I î
I—I n t—
-J î î
. 1
-• -10
- • - 2 0
-30
- I - - l - -I- - I - -I-
A V R I L MAI JUIN JUIL AOUT SEPT O C T N O V DEC J A N V FEV M A R S
Figure 4 - 1 , consommation de chaud et de froid de l'immeuble C A P I , en MJ par j o u r , mesurée à l'entrée de l'immeuble par des c o m p t e u r s C A L E C . En p a r a l l è l e , sont inscrites dans le tableau les
t e m p é r a t u r e s m o y e n n e s de l'air e x t é r i e u r pour les périodes de m e s u r e
Tableau 4 - 2 , consommation d'énergie mesurée au C A P I , d'avril 1988 à fin mars 1989.
Moyenne journalière entre deux relevés (en général une semaine).
1
1 COMPTEURS DE 1
CHALEUR 1 COMPTEURS ELECTRIQUES
Semai ne Ti j Chaud Froid EDPAC1 E info E asc E vent E tot.nuit E tot.jour oC j (MJ/j) (MJ/j) (MJ/j)1
1 (MJ/j) (MJ/j) (MJ/j) (MJ/j) (MJ/j)
31-7/4 23)| 2 -184 1
0| 3518 74 2033 1503 5501
7-14/4 23)| 588 -304 0| 2224 60 1099 904 3377
14-22/4 23)| 7 -593 0| 1679 44 706 725 2295
22-28/4 23)| 1 -528 0| 1890 56 886 748 2795
28-5/5 23)| 9 -518 0| 1793 55 850 760 2707
5-19/5 23)| 894 -1128 0| 1892 46 804 785 2627
19-26/5 23)| 569 -450 6| 1982 42 916 822 2673
26-2/6 23)| 1030 -988 0| 1805 57 820 732 2720
2-17/6 23)| 962 -1412 0| 1710 53 906 764 2661
17-14/7 23)| 478 -2078 lj 1916 48 1004 857 2826
14-21/7 23)| 778 -1781 0| 1929 45 969 808 2795
21-28/7 23)| 92 -2626 0| 2019 42 912 823 2812
28-4/8 23)| 13 -1598 0 | 1912 33 881 793 2605
4-11/8 23)| 149 -2572 0 | 1921 41 914 818 2739
11-18/8 23)| 277 -2860 0| 2067 43 892 827 2874
18-25/8 23)| 786 -1949 0| 1926 51 951 787 2848
25-1/9 23)| 876 -1295 0| 2003 46 908 856 2786
1-9/9 23)| 917 -1801 lj 1878 45 978 773 2786
9-15/9 23)| 1042 -1172 116| 1899 47 940 811 2820
15-22/9 23)| 1267 -605 31 1969 54 1075 848 3058
22-3/11 23)| 1580 -633 6| 1824 50 1232 858 2887
3-17/11 23)| 2634 -11 221 1797 54 621 874 2931
17-28/11 23)| 3762 -1 991 1726 46 1159 851 2835
28-5/12 23)| 2864 0 381 1780 55 1214 870 3002
5-12/1 23)| 3916 0 0| 1952 48 1314 932 3163
12-19/1 23)| 3365 0 0| 2037 51 1197 955 3187
19-3/2 23)| 3756 0 0| 2021 58 1011 956 3124
3-9/2 23)| 3575 0 0| 2192 54 1503 947 3126
9-23/2 23)| 2450 0 11 2136 51 1177 986 3255
23-9/3 23)| 2647 0 0 | 2408 59 1378 1111 3609
9-16/3 23)| 1371 0 lj 1935 39 1006 872 2610
16-23/3 23)| 1677 0 -100701 2326 66 1116 962 3210
23-31/3 23)| 1018 0 0| 2013 29 877 838 2539
A N N E E 1 9 8 8 - 8 9 1 6 1 4 0 9 9 2 7 3 5 0 0 2 7 5 5 | 7 1 9 1 8 6 1 8 2 6 3 3 9 0 9 5 3 3 2 0 5 9 8 1 0 8 3 6 5 0
"chaud" énergie fournie au CAPI sous forme d'eau chaude par la centrale thermique du bâtiment principal des Syndicats patronaux.
Les mesures se font au moyen d'un compteur de chaleur type CALEC.
"froid" énergie fournie au CARI sous forme d'eau froide par la centrale thermique du bâtiment principal des Syndicats patronaux.
Les mesures se font au moyen d'un compteur de chaleur type CALEC.
"EDPAC" énergie cédée par le circuit de
refroidissement du centre ordinateurs au circuit de chauffage du CAPI ou à l'air de ventilation.
Les mesures se font au moyen d'un 0 0
compteur de chaleur type CALEC.
"E info" énergie électrique mesurée pour le fonctionnement des ordinateurs et leur climatisation.
Cette énergie n'est pas prise en compte dans le bilan, on a adims qu'il y a peu d'échanges thermiques entre ce local et le reste du bâtiment.
Les mesures se font au moyen des compteurs électriques des SI.
"E asc" énergie électrique utilisée par les ascenseurs. Compteur SI.
"E vent" énergie électrique utilisée pour les ventilateurs et les humidificateurs.
Compteur SI.
"E tot" énergie électrique totale utilisée dans le bâtiment = E info + E asc + E vent + E équip.(EC+lumière+machines de bureau) Compteur SI nuit, compteur SI j o u r .
La climatisation s o l l i c i t e très tôt la consommation d'eau f r o i d e . Ceci dès la p r e m i è r e semaine du mois d'avril :
- t e m p é r a t u r e extérieure m o y e n n e 8.6 oC;
- t e m p é r a t u r e m a x i m u m absolue de 14.2 oC le 7 avril;
- t e m p é r a t u r e m i n i m u m absolue de -1.9 le 2 a v r i l .
La consommation d'eau chaude pour le c h a u f f a g e est c o n t i n u e sur t o u t e l ' a n n é e , m ê m e en été avec de mai à o c t o b r e une s i m u l t a n é i t é de
c h a u f f a g e et de climatisation :
on r é c h a u f f e l'air que l'on vient de r e f r o i d i r , effet connu (1)(2) et inhérent au système de climatisation i n s t a l l é , aggravé par la
c o m p l e x i t é du système de r é g u l a t i o n . 4.1.2 consommation d'électricité
A N N E E DE M E S U R E , A V R I L 1988 MARS 1989
Figure 4 - 3 , consommation d'électricité j o u r n a l i è r e c u m u l é e de l'immeuble CAPI (MJ/jour) pour l ' i n f o r m a t i q u e , les a s c e n s e u r s , la v e n t i l a t i o n , l'éclairage et les machines de b u r e a u x .
"E équipements" comprend l ' é c l a i r a g e , les machines de b u r e a u x , l'eau chaude et se calcule selon:
Eéquip = Etot - Event - Ease - E i n f o .
La consommation d'électricité est relativement stable durant l ' a n n é e . La répartition de la consommation est la suivante :
- le centre de calcul et sa climatisation représente un peu plus de la m o i t i é de la consommation d ' é l e c t r i c i t é (51.1 %);
- les ventilateurs plus du quart (27.8 %);
- l ' é c l a i r a g e , les machines de bureaux (ordinateurs p e r s o n n e l s , i m p r i m a n t e s , e t c ) , et l'eau chaude sanitaire environ un c i n q u i è m e (19.6 %);
- les ascenceurs moins de 2 % .
10
4.2 Calcul de l'indice énergétique
L'indice énergétique E donne la consommation d ' é n e r g i e a n n u e l l e ramenée à l'unité de surface brute c h a u f f é e (MJ/m2an) et permet de comparer des bâtiments de même a f f e c t a t i o n .
4.2.1 m é t h o d e suivie pour le calcul de cet indice dans le cas du C A P I . A la consommation de froid et de chaud m e s u r é e , il faut ajouter les pertes de production de ce chaud et de ce f r o i d .
Pour la production du chaud un rendement de 80 % à été a d m i s . Pour la production de f r o i d , deux hypothèses ont été examinées :
- production du froid à partir du gaz (situation r é e l l e , mais e x c e p t i o n n e l l e pour des bâtiments de la dimension du CAPI) - production du froid à partir de l ' é l e c t r i c i t é .
Selon la norme SIA 180/4, le calcul de la surface brute c h a u f f é e prend en compte la m o i t i é des sous-sols (archives, c o m p a c t u s ) en plus de la surface des é t a g e s .
La saison de c h a u f f a g e mesurée 1988-1989 est p a r t i c u l i è r e m e n t c l é m e n t e et une réévaluation d'environ 10 % serait n é c e s s a i r e pour réajuster l'indice é n e r g é t i q u e de chauffage à l'année m o y e n n e .
T o u t e f o i s , pour la comparaison de l'immeuble CAPI à d'autres bâtiments a d m i n i s t r a t i f s , c'est l'énergie e f f e c t i v e m e n t m e s u r é e qui figure dans cette é t u d e .
Les tableaux 4 - 4 , 4-5 et 4-6 donnent les indices é n e r g é t i q u e s du
bâtiment CAPI pour l'année de mesures avril 1988-mars 1989 (surface de r é f é r e n c e 2587 m 2 ) .
Tableau 4 - 4 , d e m a n d e d'énergie nette m e s u r é e
Indice énergétique du besoin de chauffage 237 (MJ/m2.an) Indice énergétique du besoin de froid 106 (MJ/m2.an) Indice énergétique éléctrique 543 (MJ/m2.an)
T a b l e a u 4 - 5 , indices énergétiques électriques mesurés
Indice énergétique de l'informatique 278 (MJ/m2.an) 51 % Indice énergétique des ascenseurs 7 (MJ/m2.an) 1 % Indice énergétique de la ventilation 151 (MJ/m2.an) 28 % Indice énergétique du reste 107 (MJ/m2.an) 20 %
Indice électrique total 543 (MJ/m2.an) 100 %
Indice électrique total sans info. 265 (MJ/m2.an) 49 %
Tableau 4 - 6 , indices énergétiques de c h a u f f a g e et de c l i m a t i s a t i o n besoins bruts calculés
Indice énergétique de chauffage
(rendement 80%) 296 (MJ/m2.an)
Indice énérgétique de froid
(prod, é l e c , cop 1.5, rend. 95 %) 74 (MJ/m2.an) Indice énérgétique de froid
(prod, g a z , cop 1 . 5 , rend. 40 %) 177 (MJ/m2.an)
4.3 Comparaison des indices é n e r g é t i q u e s
La comparaison de l'indice é n e r g é t i q u e permet de situer g l o b a l e m e n t les performances du bâtiment et de préciser les limites et le potentiel d ' a m é l i o r a t i o n .
Les exemples choisis pour la comparaison sont d ' u n e part des bâtiments de production courante et d'autre part des bâtiments à basse
consommation d ' é n e r g i e , si possible de m ê m e affectation et contemporain à la construction du C A P I .
Il s'agit toutefois de rester très prudent car le nombre limité de r é f é r e n c e s , la taille du bâtiment (facteur de f o r m e , d i s t a n c e aux f e n ê t r e s ) , la densité des é q u i p e m e n t s , le m o d e de calcul de certains paramètres (surface de référence) peuvent altérer la valeur de ces comparai sons.
C o m p a r e r , en o u t r e , l'indice é n e r g é t i q u e avec les prévisions du rapport
"d'optimisation énergétique" du G R E S , n'est pas p o s s i b l e : les prévisions ne sont que p a r t i e l l e s , les besoins d ' é n e r g i e de climatisation et les gains internes ne sont pas é v a l u é s .
La comparaison ne peut se faire que sur des parties du bilan comme par exemple les gains s o l a i r e s , les déperditions par l ' e n v e l o p p e .
4 . 3 . 1 bâtiments administratifs de la production courante
Une étude effectuée par B.Wick et a l . , pour le compte du GESE (3) nous permet de disposer d'un é c h a n t i l l o n n a g e de bâtiments du t e r t i a i r e e t , entre a u t r e , d'une estimation du CUEPE pour des bâtiments construits entre 1975 et 1985, dont nous ne retiendrons que deux c a t é g o r i e s , les bureaux privés et les banques.(4)
Les banques comprennent en général un centre informatique ce qui n'est pas le cas de la m a j o r i t é des bureaux p r i v é s .
Pour comparer le CAPI aux bureaux p r i v é s , la consommation é l e c t r i q u e e n g e n d r é e par le centre informatique est e n l e v é e .
4.3.2 immeuble de bureaux à basse consommation d'énergie
L'immeuble administratif de Sulzer à W i n t e r t h u r est souvant cité comme un e x e m p l e réussi de bonne gestion d'énergie (5)(6). C o n s t r u i t la m ê m e année que le C A P I , il présente une surface de bureaux identique et un rapport fenêtres sur façades c o m p a r a b l e .
L'immeuble n'est pas c l i m a t i s é , mais ventilé n a t u r e l l e m e n t et le confort estival est assuré par une construction lourde et une ventilation n o c t u r n e .
Des panneaux solaires participent au chauffage et à la préparation de l'eau chaude s a n i t a i r e .
Indice énergétique de chauffage est de 159 MJ/m2an Indice énergétique d'électricité est de 135 MJ/m2an
12
C e t t e comparaison est valable sous réserve d'une étude du c o n f o r t t h e r m i q u e et lumineux e f f e c t i v e m e n t offert par ce bâtiment S u l z e r .
4 . 3 . 3 les valeurs limites et cibles de la SIA pour les b â t i m e n t s neufs Pour des bâtiments administratifs c l i m a t i s é s , la r e c o m m a n d a t i o n 380/1 de la SIA donne comme valeur limite cible D e m a n d e d ' é n e r g i e de chauffage 270 (MJ/m2.an) 220 (MJ/m2.an) Indice de d é p e n s e d'énergie é l e c . 250 (MJ/m2.an) 250 (MJ/m2.an)
4.3.4 comparaison
Figure 4 - 7 , indice énergétique du CAPI et comparaison avec d'autres b â t i m e n t s . Cette figure est adaptée de l'étude en r é f é r e n c e (7).
La présentation combinée des combustibles et de l'électricité permet une vision globale du comportement énergétique du b â t i m e n t .
Indices énergétiques du CAPI
et comparaison avec d'autres bâtiments
• banques
• bureaux priv.
— C A P I avec info
— 0 " ~ " CAPI sans info
• Sulzer
* SIA limite et cible « A : bâtiments neufs 1985
B : stock 1985 C : stock 1975
1: production de froid à partir de gaz 2: production de froid
à partir d'électricité 2 0 0 400 600
électricité (MJ/m2.an)
800 1000
Comparés à ceux des bureaux p r i v é s , les indices é n e r g é t i q u e s du CAPI (après soustraction de l'électricité de l ' i n f o r m a t i q u e ) sont plus élevés en c o m b u s t i b l e et en é l e c t r i c i t é bien que le taux d'occupation du CAPI soit plus faible (42 m2 par e m p l o y é ) .
Comparé aux banques construites entre 1975 et 1985 (°A) le C A P I , y compris l'électricité nécessaire à son i n f o r m a t i q u e , c o n s o m m e moins d ' é l e c t r i c i t é et plus de c o m b u s t i b l e .
La consommation d ' é n e r g i e du CAPI est donc s e m b l a b l e si ce n'est supérieure aux immeubles de bureaux courants c o n s t r u i t s à la m ê m e époque mais représente plus du double de celle de l'immeuble S u l z e r . Mieux comprendre les raisons de ce comportement t h e r m i q u e e t ,
é v e n t u e l l e m e n t , l'améliorer nécessitent une analyse du bilan t h e r m i q u e et du fonctionnement des installations et de la r é g u l a t i o n .
14
5 CALCUL DU BILAN THERMIQUE
Le relevé des compteurs de chaleur type CALEC et é l e c t r i q u e s des Services i n d u s t r i e l s , a permis de m e s u r e r l'ensemble des énergies payantes fournies à cet immeuble (voir c h a p i t r e 4) sous forme d ' é l e c t r i c i t é , d'eau froide ou d'eau c h a u d e .
A partir de ces énergies m e s u r é e s , nous avons établi des bilans t h e r m i q u e s pour chaque période de m e s u r e s , puis pour c h a q u e mois et enfin pour l'année (tableau 5 - 1 ) .
Pour dimensionner l'ensemble des flux t h e r m i q u e s , positifs (énergie fournie au bâtiment) et négatifs (énergie é l i m i n é e ) , qui i n t e r v i e n n e n t dans le fonctionnement du b â t i m e n t , nous avons c o m p l é t é les données m e s u r é e s en ajustant des données m é t é o r o l o g i q u e s de Cointrin à la situation de l'immeuble CAPI et en calculant sur la base d ' h y p o t h è s e s simples les déperditions t h e r m i q u e s , les gains internes et s o l a i r e s .
5.1 Description des m e s u r e s et des hypothèses de calcul
5.1.1 t e m p é r a t u r e s , h y g r o m é t r i e , e n s o l e i l l e m e n t , données m é t é o r o l o g i q u e s
"T-int" La t e m p é r a t u r e de l'air a été admise c o n s t a n t e à 23 oC sur la base de mesures ponctuelles (septembre 8 8 ) . Des m e s u r e s u l t é r i e u r e s , sur une période d'une s e m a i n e , c o n f i r m e n t que les variations de températures sont faibles (figure 5 - 2 ) .
"T-moy" température m o y e n n e de l'air pour la p é r i o d e c a l c u l é e . Cette température est obtenue à partir des t e m p é r a t u r e s moyennes journalières de la station m é t é o r o l o g i q u e de Cointrin auxquelles on ajoute la différence m o y e n n e entre Cointrin et les zones urbaines à forte d e n s i t é (2 o C ) .
"T-moy/jr" température moyenne entre 7h et 19h (la ventilation s'arrête la nuit) soit "T-moy/24h + 1 oC
Pour simplifier nous avons pris 1 oC comme d i f f é r e n c e de température moyenne : sur 24 heures ou de 7 à 19 h e u r e s . En fait cette différence est légèrement plus é l e v é e l'été (1,5 o C ) , et plus faible l'hiver (0.5 o C ) . (figure 5 - 3 )
"DJ" somme des différences de t e m p é r a t u r e s j o u r n a l i è r e s entre la température intérieure (23 oC) et la t e m p é r a t u r e e x t é r i e u r e sur la période du bilan.
"T-sol" Pour les déperditions vers le s o l , nous avons c a l c u l é la température du s o l , en prenant la t e m p é r a t u r e m o y e n n e annuelle + ou - un facteur c o r r e c t e u r , (tableau 5 - 4 )
"H-sol" L'ensoleillement de Cointrin est utilisé dans les c a l c u l s ; des comparaisons nous ont permis de vérifier que pour des périodes d'une semaine l ' e n s o l e i l l e m e n t en divers points du canton est très u n i f o r m e , (figure 5 - 5 )
