Fiche de révision : Bâtiments à haute efficacité énergétique

📋 Plan du Cours

1. Enjeux énergétiques du bâtiment
2. Principes du bâtiment basse énergie
3. Architecture bioclimatique et enveloppe
4. Isolation, vitrages et inertie thermique
5. Étanchéité et lumière naturelle
6. Systèmes énergétiques performants
7. Énergies renouvelables dans le bâtiment
8. Usages spécifiques et gestion intelligente

📖 1. Enjeux énergétiques du bâtiment

★ À maîtriser

• En France, le bâtiment résidentiel et tertiaire représentait 45 % de la consommation d’énergie finale en 2019.

• En France, le bâtiment résidentiel et tertiaire représentait 21 % des émissions nationales de CO2 en 2019. - SDES, Bilan énergétique de la France 2019, 2021

Compléments

• En 2023, le parc résidentiel français comptait environ 38 millions de logements, et 300 000 à 400 000 logements neufs étaient construits chaque année.

• En France, le parc résidentiel représentait 65 % de la surface des bâtiments et le parc tertiaire 35 %.

📖 2. Principes du bâtiment basse énergie

★ À maîtriser

📌 La conception d’un bâtiment basse énergie vise à réduire les pertes énergétiques, utiliser des équipements à haut rendement et intégrer des énergies renouvelables.

Compléments

• Les leviers d’un bâtiment basse énergie comprennent la conception bioclimatique, la compacité, l’orientation, l’inertie, l’isolation, la perméabilité maîtrisée, la limitation des ponts thermiques, la ventilation performante, les systèmes efficaces, les énergies renouvelables, les usages spécifiques sobres et la gestion intelligente avec maintenance.

💡 Astuce mémo

Réduire les pertes et augmenter le rendement diminue les consommations.

📖 3. Architecture bioclimatique et enveloppe

★ À maîtriser

📌 L’architecture bioclimatique agit notamment par l’orientation du bâtiment, l’ouverture au soleil et la compacité des volumes.

Compléments

• Les solutions bioclimatiques présentées comprennent :
  • l’organisation et l’orientation des volumes
  • l’intégration de serres ou de vérandas
  • l’emploi de protections solaires efficaces

📖 4. Isolation, vitrages et inertie thermique

🔑 Notions clés & Définitions

• Inertie thermique : La capacité de l’enveloppe d’un bâtiment à stocker de la chaleur puis à la déstocker.

★ À maîtriser

📌 À Chambéry, le bilan énergétique saisonnier d’un mètre carré de fenêtre dépend du vitrage et de l’orientation : le double vitrage peu émissif donne +85 kWh/m2 au sud, contre −39 kWh/m2 au nord, tandis que le simple vitrage donne respectivement −59 et −183 kWh/m2.

Compléments

• La conductivité thermique des parois opaques performantes se situe entre 0,1 et 0,3 W/m.K, et peut atteindre 0,07 à 0,1 W/m.K pour certains matériaux comme le bloc de chanvre.

• Pour atteindre une résistance thermique correspondant à U = 0,2 W/m2K, le tableau compare un isolant traditionnel de conductivité 0,032 W/mK et d’épaisseur 0,160 m, un isolant sous vide (VIP) de 0,008 W/mK et 0,040 m, et des aérogels de 0,015 W/mK et 0,075 m.

• La végétalisation des parois opaques peut :

  • protéger du soleil
  • rafraîchir par évaporation
  • protéger du vent
  • capter des particules
  • séquestrer du dioxyde de carbone
  • réduire le bruit
  • gérer les eaux de pluie

• Un vitrage performant atteint un coefficient de transmission thermique U = 0,8 W/m2K.

• Le vitrage clair présenté a une transmission lumineuse TL de 80 % et un facteur solaire FS de 76 %, contre TL de 48 % et FS de 33 % pour le vitrage réfléchissant bleu.

• Les matériaux à changement de phase présentés comprennent l’eau, qui fond à 0 °C avec une enthalpie de fusion de 334 kJ/kg, les sels hydratés, qui fondent entre 10 et 150 °C avec 180 à 450 kJ/kg, et les paraffines, qui fondent entre −40 et 120 °C avec 100 à 200 kJ/kg.

💡 Astuce mémo

Le vitrage capte ou perd de la chaleur selon son orientation et ses performances.

📖 5. Étanchéité et lumière naturelle

📝 Points essentiels

• L’étanchéité à l’air de l’enveloppe est évaluée par la méthode dite de la « fausse porte ».

• Les solutions d’optimisation de l’éclairage naturel présentées comprennent :

  • les conduits de lumière
  • les bandeaux lumineux
  • les lentilles de Fresnel
  • la fibre optique

📖 6. Systèmes énergétiques performants

★ À maîtriser

• La ventilation performante peut utiliser : une double flux avec récupérateur haute efficacité, une double flux thermodynamique, des ventilateurs basse consommation à courant continu, le contrôle des débits selon l’humidité ou le CO2, un puits canadien

• Une pompe à chaleur présentée peut puiser la chaleur dans le sol, l’eau ou l’air, et son coefficient de performance est supérieur à 3.

Compléments

• La micro-cogénération à granulés de bois présentée fournit une puissance électrique de 1,5 à 3 kWe et une puissance thermique de 4,5 à 10,5 kW, avec un rendement global de 90 % et un rendement électrique de 25 %.

• Les solutions de rafraîchissement présentées comprennent :

  • la surventilation
  • le puits canadien
  • les systèmes évaporatifs directs ou indirects
  • le système à dessiccation
  • la climatisation par absorption
  • les pompes à chaleur haute performance

• Le système combiné présenté associe une pompe à chaleur eau/eau, des modules solaires thermiques et la géothermie, avec 68 % d’économie sur une saison de chauffe à Chambéry par rapport à une solution tout électrique.

📖 7. Énergies renouvelables dans le bâtiment

📝 Points essentiels

• Les systèmes biomasse présentés comprennent :

  • les foyers fermés et inserts
  • les poêles à granulés et à bûches
  • les poêles à accumulation et mixtes
  • les chaudières à bois bûche
  • les chaudières à granulés
  • les chaudières à plaquettes
  • les chaudières bi-énergie

• La géothermie haute température correspond à T > 150 °C et peut produire chaleur et électricité.

• La géothermie moyenne température correspond à 90 °C < T < 150 °C et peut produire chaleur et électricité.

• La géothermie basse température correspond à 30 °C < T < 90 °C et produit de la chaleur.

• La géothermie très basse température correspond à T < 30 °C et fournit de la chaleur par pompe à chaleur.

📖 8. Usages spécifiques et gestion intelligente

★ À maîtriser

• La gestion technique du bâtiment peut :
  • réguler
  • programmer
  • délester
  • compter
  • optimiser
  • sécuriser

Compléments

• Les lampes présentées ont une efficacité lumineuse de 18 lm/W en France, 64 lm/W au Japon et 18 lm/W aux États-Unis.

• Une architecture de gestion technique du bâtiment comprend : le niveau de terrain avec capteurs et actionneurs physiques, le niveau de contrôle-commande avec unités locales qui collectent les informations et pilotent les actionneurs, le niveau de supervision pour l’analyse fonctionnelle, le paramétrage, le suivi et la gestion, l’utilisateur qui définit les paramètres et analyse le comportement du bâtiment