Conférence "Enjeux et exemples dans la conception de bâtiments Minergie, Minergie-P" de l'entreprise Estia SA

1. Enjeux et exemples
dans la conception de bâtiments
Minergie, Minergie - P
MINERGIE® – Tour de Suisse romande 2013| Séminaire d’introduction
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2. Document élaboré par
Manuel Bauer
Flourentzos Flourentzou
Estia SA
Parc scientifique EPFL
1015 Lausanne
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3. Thèmes abordés
• Enveloppe du bâtiment: isolation, ponts thermiques, fenêtres
• Aération: principes, possibilités
• Confort d’été
• Production de chaleur et Energies rénouvelables
• Evolution vers les labels Minergie-eco, Minergie-A
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4. Exemples d’application
A: Ecoquartier Les Fontenettes, Carouge (2012-2016)
Construction de 7 immeubles R+8 Minergie et Minergie-P
335 logements HBM
Minergie GE-005-P
B: Maison Villageoise à Corcelles (2011)
Rénovation Minergie, énergies renouvelables
Minergie VD-626
C: Villa mitoyenne à Illkirch (2009)
Construction neuve Minergie-P, haute qualité de l’enveloppe
Minergie F-67-001-P
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5. Enveloppe du bâtiment
Isolation - ponts thermiques - fenêtres
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6. Le périmètre isolé, zone chauffée
(a)
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(b)
(c)
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7. Périmètre isolé claire
A. Locaux non-chauffés au rez et au sous-sol
Suppression des logias
Intégration des locaux non chauffés aux rez de
chaussée
Forte pénalisation de la cage d’escaliers ouverte
B. Quelques locaux non-chauffé au sous-sol
Entrée non-chauffée hors périmètre isolé
Découpage et regroupement zones NC
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8. Exigence primaire sur l’enveloppe
Besoin de Chaleur Qh (MJ/m2)
Valeur Limite Qh.li SIA 380/1 (MJ/m2)
Exemple Qh,li = 140 MJ/m2 = 100%
(facteur de forme de 1.3)
Bilan thermique
Neuf
Rénovation
125% SIA 380/1
SIA 380/1 100%
Minergie,
Minergie-A 90%
80 % Minergie P
Minergie P 60%
Qh
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9. Exigences ponctuelles (valeur U)
SIA 380/1 (2009)
Minergie (2009)
Minergie-P
Eléments opaques
(neuf)
0.2
0.15 (module)
0.1
(cible)
Eléments opaques
(rénovation)
0.25
0.15 (module)
0.1-0.15
(cible)
Fenêtres
1.3
1.0 (module)
0.8-1.0
(cible)
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10. Modules Minergie
Murs/Toiture
Fenêtres
U≤0.15 W/m2K
Uw≤1.0 W/m2K
Autres modules: pour industrie et dépôts, pour modernisation d’éléments
Module Minergie obligatoire seulement pour solution standard
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11. Epaisseur et qualité de l’isolant
Isolation standard
Isolation performante
(λ=0.037 W/mK)
(λ=0.031 W/mK)
Façade compacte
support béton
SIA 380/1 2007
U=0.25 W/m2K
SIA 380/1 2009
U=0.2 W/m2K
Minergie-P
U=0.1 W/m2K
14 cm
12 cm
18 cm
15 cm
36 cm
30 cm
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12. Mode constructif et qualité de l’isolant
Console Alu
Ossature bois
(λ=0.036 W/mK)
(λ=0.034 W/mK)
Isolation
performante
Support à vis
(λ=0.031 W/mK)
Façade ventilée
support béton
SIA 380/1 2008
U=0.25 W/m2K
SIA 380/1 2009
U=0.2 W/m2K
Minergie-P
U=0.1 W/m2K
15 cm
15 cm
13 cm
20 cm
19 cm
16 cm
46 cm
39 cm
32 cm
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13. Mode constructif et qualité de l’isolant
exemples de produit de fixation performant
Réf: système «phoenix» Isover/Wagner
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14. Principes d’isolation
Isolation périphérique ventilée
20 cm de laine de verre, consolles métaliques avec rupture
thermique (U 0.15-0.18)
20 cm de EPS λ-0.029 toiture
6 cm PUR + 3 cm EPS sous-chape
Isolation enveloppe existante (1999)
16 cm de laine minérale – toiture
8 cm doublage intérieur parois en laine minérale
6 cm EPS isolation sous chape – contre terre
Isolation dans ossature bois
38 cm laine de cellulose + 5 cm laine minérale - parois
ossature bois et toiture
20 cm de mousse phénolique sous chape - plancher
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15. Ponts thermiques: maîtrise des détails
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16. Gains solaires et déperditions
Vitrage
Mur
g = 20 – 70%
g = 1 – 6%
Uw = 0.8 – 4 W/m2K
U = 0.1 – 1 W/m2K
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17. Qualité des verres et fenêtres
(*) valeur indicatives pour dim. Normalisée 155x115, Uf=1.3, Ψ int=0.05.
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18. Performances des cadres (W/m2K)
Bois
Bois / Metal
PVC
Metal rupture
thermique
Uf = 1.1 à 1.9
Uf = 1.2 à 2.2
Uf = 1.0 à 2.4
Uf = 1.4 à 3.5
sources illustrations: Egokiefer / Wicona
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19. Fenêtre, effet de la découpe
Uw = 1.3
Uw =1.45
Uw =1.6
La valeur Uw de la fenêtre tient compte :
- du verre (Ug au centre = 1.1 W/m2K)
- du cadre
- de l’intercalaire
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20. Fenêtres, effets de la découpe
Lumière naturelle
Apports solaires
Isolation
avant
après
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21. Maîtrise de la surchauffe estivale
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22. Principe
• Gains thermiques limités
• Masse thermique apparente
• Rafraichissement passif
Protection solaire efficace extérieure
Apports internes réduits (éclairage, appareils classe A)
Absorption des gains thermiques journaliers
Décharge de la chaleur pendant la nuit
Ouverture la journée lorsque dehors il fait plus frais
Ouverture la nuit pour décharger la chaleur
Free cooling
Un bâtiment massif, avec des protections solaires, qui s’ouvre pendant la nuit, ne
surchauffe jamais en Suisse
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23. Partie vitrée et protections solaires
35
30
25
20
15
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
10
30.6
1.7
Chambre 3X5
Dalles et parois béton
Ventilation nocturne
Localisation: Genève
2.7
3.7
4.7
5.7
6.7
7.7
8.7
Vitré 80%, protections solaires intérieures
Vitré 14%, protections solaires extérieures
Local lourd, ventilé la nuit, faibles gains solaires: 99 heures de surchauffe
Même local, tout vitré avec stores intérieurs: 1983 heures de surchauffe
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24. Masse thermique apparente
35
30
25
20
15
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
10
30.6
1.7
2.7
Chambre 3X5
Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr)
Ventilation nocturne
Localisation: Genève
3.7
4.7
5.7
6.7
7.7
8.7
Local léger, construction ossature bois
Local lourd, parois et dalles en béton
Local lourd, faibles gains solaires, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe
Même local, ossature bois sans masse: 300 heures de surchauffe
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25. Possibilité de ventilation nocturne
35
30
25
20
15
Simulation 382/1 avec DIAL+ Cooling
10
30.6
1.7
2.7
Chambre 3X5
Fenêtre 1.6X0.8 (14% vitr)
Parois et dalles en béton
Localisation: Genève
3.7
4.7
5.7
6.7
7.7
8.7
Ventilation mécanique de base
Ventilation de base + naturelle nocturne
Local lourd, faibles gains, ventilé la nuit: 99 heures de surchauffe
Même local, pas ventilé pendant la nuit: 2038 heures de surchauffe
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26. Confort estival
Stores à lamelles
Pas besoin de mesures particulières supplémentaires (petite
fenêtres, affectation logement sans gains)
Volets, apports solaires limités
Masse thermique apparente (noyau maçonnerie, sol)
Ventilation nocturne (fenêtre de toit motorisée, entrées
impostes)
Volets roulants
Apport de masse thermique par mur mitoyen
Chape au rez
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27. Aération
Principes / Possibilités
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28. Pourquoi aérer
• évacuer les polluants
odeurs
vapeurs d'eau
CO2
gaz, vapeurs, aérosols toxiques
• évacuer la chaleur
chaleur extérieure
gains internes
• besoins psychologiques
contact avec la saison
courant d'air par temps chaud
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29. Exigences sur l’aération
Ouvertures spécifiques à
prévoir (fenêtres, inst.
Aération,..)
Aération automatique
(6 systèmes possibles)
Double-flux
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30. Exigences sur la perméabilité à l’air
Enveloppe étanche. Valeurs
limites fixées dans la norme
Selon SIA 180
Exigences accrues. Contrôle
Blowerdoor exigé
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31. 6 systèmes d’aération Minergie
1. aération douce (double-flux)
2. extraction simple
Séjour
Air vicié
Cuisine
3. aération douce par pièce
4. aération douce + récupération
Chambre
Bain
Repas
WC
ecs
5. extraction simple + récupération
Air rejeté
Air neuf
ecs
6. ouverture automat. de fenêtres
Air pulsé
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RC
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32. Ventilation: toujours adaptée et contrôlée
système performant de ventilation
double-flux et de récupération de
chaleur
entrées et sorties simple-flux
hygroreglables
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33. Production de chaleur et
énergies renouvelables
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34. Production de chaleur: éléments déterminants
Enveloppe performante et bon facteur de forme
Optimisation avant les choix techniques: liberté de choix de la
production de chaleur, économie d’investissements
Distribution à basse température
Meilleur rendement pour les chaudières à condensation (gaz, mazout)
Amélioration sensible du COPA pour les PAC
Puissance de chauffage (kW)
Adapter la puissance aux besoins (investissement, optimisation du
fonctionnement)
Approvisionnement, prix combustible
Bois, Pétrole, Gaz, Electricité ?
Mise en service
Régulation, équilibrage, isolation des conduites (chauffage et
ventilation)
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35. Energies renouvelables
Renouvelable, effet de serre
Mazout, Gaz -> non renouvelable, émission CO2
Bois -> bilan CO2 neutre, mais ressource limitée
PAC -> 2 à 4 parts renouvelables, 1 part électrique
Solaire (passif, actif) -> renouvelable, pas de transport
1.5
1
Facteur
ponderation Minergie
/efficacité
0.5
0
Mazout, Gaz
Bois
PAC
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Solaire
(passif, actif)
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36. Production de chaleur et consommation
SRE: 258 m2
PAC air/eau externe (10 kW)
chauffage (3.7 kW), appoint eauchaude (30%)
Solaire thermique (7 m2)
ECS (70%)
Indice pondéré Minergie-P
25.4 kWh/m2 (limite 30)
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37. Passer à MINERGIE-A®?
Projet Optimisé
Installations techniques
✔ Circulateurs classe A
Isolation enveloppe
✔ Enveloppe très performante (Minergie-P)
✔ Enveloppe étanche: n50,st = 0.58 h-1
✔ Energie grise 25 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an)
✔ Indice Minergie pondéré 25 kWh/m2an
Production d’énergie
➔Photovoltaique 25 m2 (3000
kWh/an)
Facteur
pondération
Minergie
Indice Minergie
0 kWh/m2
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38. Production de chaleur et consommation
Chaudière à buche (18 kW)
Chauffage + ECS (45%)
Solaire thermique (5.5 m2)
ECS (55%)
Indice pondéré Minergie 2010
56 kWh/m2 (limite 60)
SRE: 274 m2
Consommation: 12 stères
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39. Passer à MINERGIE-A®?
Projet Optimisé
Installations techniques
✔ Circulateurs classe A
➔ Chaudière à buche rendement: 85%
➔ Chauffage solaire et ECS 20m2
Isolation enveloppe
✖ Toiture 24cm
✖ Plancher contre terre 12cm
✖ Cloison contre non-chauffé12cm
➔ Changement dernières fenêtres de 1992
✖ Enveloppe étanche: n50,st = 1.5 h-1
✔ Energie grise (yc Reno 1999) 16 kWh/m2an
(limite 50 kWh/m2an)
✔ Indice Minergie pondéré 47 kWh/m2an
Production d’énergie
✔ Toiture Photovoltaique
48 m2 (6400 kWh/an)
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Facteur
pondération
Minergie
Indice Minergie
0 kWh/m2
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40. Production de chaleur et consommation
SRE: 30’000 m2
PAC chauffage à distance basse
température à 40°C – récup. de
chaleur des eaux usées pour le
chauffage et l’ECS (66%)
Chaudière à gaz locale (33%)
Indice pondéré Minergie-P
29 kWh/m2 (limite 30)
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41. Passer à MINERGIE-A®?
Projet Optimisé
Installations techniques
✔ Modulation ventilation jour-nuit
➔ Optimisation COP à 5
✖ Capteurs solaires ECS
Isolation enveloppe
✔ Enveloppe très performante (Minergie-P)
✔ Enveloppe étanche: n50,st ≤ 0.6 h-1
✔ Energie grise 30 kWh/m2 (limite 50 kWh/m2an)
✔ Indice Minergie pondéré 29 kWh/m2an
Production d’énergie
➔ Toiture Photovoltaique 140 m2
(20’000 kWh/an, 9 kWh/m2a)
Facteur
pondération
Minergie
Indice Minergie
29 – 9 = 20 kWh/m2
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42. Passer à MINERGIE-ECO®?
Energie grise
Lumière naturelle
✔ Energie grise 106 MJ/m2
➔ Optimisation parement façade (-13 MJ/m2)
✔ Autonomie >50%
200
Limite Minergie-A
180
200
150
160
Limite Minergie-eco max
140
bilan énergie
grise (MJ/m2)
120
100
80
Limite Minergie-eco min
100
50
bilan
d'énergie
grise
0
60
40
20
0
Base
Optimisation
Ecologie dans la construction, bruit, qualité de l’air
Projet Fontenettes simulation DIAL+ Lighting
➔ Suivi et optimisation du choix des matérieux
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43. Questions ?
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44. A. Les Fontenettes
Construction d’un quartier HBM de 335 logements en MINERGIE-P®
Maître de l'ouvrage
Architecte
Physique du bâtiment
Fondations HBM Emma Kammacher
et ville de Carouge pour l’espace
public
Frundgalina sa architectes fas sia
Estia SA, Lausanne
Projet
Réalisation
Adresse
SRE
MINERGIE® – Tour de Suisse romande 2013| Séminaire d’introduction
2008-2012
2012-2017
Carouge
30 450 m2
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45. B. Rénovation d’une maison villageoise à Corcelles
Architecte
Physique du bâtiment
Concept technique
Réalisation
Adresse
SRE
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Heinz MEIER
Estia SA
Parc scientifique EPFL
1015 Lausanne
1998-1999, 2011
Corcelles-près-Concise
274 m2
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46. C. Construction d’une maison MINERGIE-P®
à Illkirch (Alsace)
Maître de l'ouvrage
Architecte
Constructeur
Physique du bâtiment
Ingénieurs CV
Projet
Réalisation
SRE
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Habitat de l’ILL
Illkirch, France
Pimmel Architecte, Mulhouse
Dorean, Burnhaupt le haut
Estia SA, Lausanne
OTE ingénieurie, Illkirch
2007-2008
2009
254 m2
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