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Villes et Bâtiments Durables (VBD)
Edition 2012


VENISE


Le VEcteur air pour une coNception ou rénovatIon optimiSée des batiments nZEB

Vecteur air pour une coNception ou renovation optimiSée des Bâtiments nZEB
Il s'agit ici de développer une nouvelle approche de conception, basée sur une méthodologie d'optimisation multicritères de solutions énergétiques globales, adaptée aux différents segments du bâtiment, et permettant d'étendre ainsi la palette des solutions techniques répondant aux exigences de performance énergétique des bâtiments BEPOS et nZEB.

Optimisation technico-économique de tous les usages (chauffage, rafraîchissement, ventilation et ECS) simultanément et centrée sur le vecteur air.
Les méthodes de conception actuelles, principalement basées sur une optimisation technico-économique usage par usage, ne permettront pas d'atteindre les cibles de façon optimale. Il apparaît notamment douteux d'associer un équipement performant et coûteux à chaque usage qui ne consomme presque rien. Les coûts d'investissement des systèmes optimisés usage par usage seront nécessairement trop élevés au regard de l'unique fonction assurée et du besoin associé. Aussi, l'enjeu prinicipal ici réside dans une vision, non plus usage par usage mais de tous les usages (chauffage, rafraîchissement, ventilation et ECS) simultanément, centrée sur le vecteur air où il s'agit de répondre aux différents besoins réglementaires en profitant au maximum des synergies entre usages et de la coïncidence entre les besoins et la disponibilité des ressources naturelles. De plus, la vision, non plus usage par usage, mais de tous les usages en même temps offre des opportunités d'innovations, dans des conditions économiques optimales car l'investissement est partagé pour répondre à plusieurs besoins. Par ailleurs, la haute performance énergétique des futurs bâtiments permet d'envisager le vecteur air comme vecteur énergétique privilégié (omniprésence, bonne contrôlabilité des faibles puissances...). C'est la raison pour laquelle, il a été choisi de travailler sur le développement et l'optimisation de systèmes traitant plusieurs usages centrés sur le vecteur air. Cela sera fait autour de trois grands thèmes qui sont : conception énergétique globale, optimisation de l'usage des ressources de l'environnement et optimisation de la ventilation. Les principales retombées consisteront dans le développement, le test et l'optimisation de nouvelles solutions technico-économiques «complètes«.

Optimisation globale par le biais de la modélisation et de l'expérimentation in situ
Les verrous à lever sont au nombre de trois. Le premier est de type méthodologique. En effet, la méthodologie proposée (conception globale optimisée centrée sur le vecteur air) n'a jamais été ou très peu appliquée jusqu'à présent. Le second verrou concerne la technologie car il s'agit de développer et de mettre en oeuvre des solutions technologiques innovantes avec des composants optimisés. Enfin, le dernier verrou est économique dans le sens où les coûts d'investissement et de fonctionnement des solutions proposées devront être compétitives pour satisfaire plusieurs usages. Pour ce faire, la première partie du projet sera dédiée à une analyse fonctionnelle du bâtiment vu comme un système énergétique complexe. Il s'agira non seulement de décrire les fonctions mais aussi les couplages entre fonctions et de déterminer dans cet ensemble le rôle actuel ou potentiel du vecteur air. La méthodologie proposée s'appuyant sur la modélisation énergétique du bâtiment, un état de l'art des modèles disponibles et de ceux qu'il faudra développer sera effectué. Une fois l'état de l'art réalisé et les modèles développés, des études de sensibilité seront menées de façon à simplifier le problème physiqie qui fera l'objet de l'optimisation. Cette dernière doit permettre de déterminer sans à priori technique ni priorité implicite sur tel ou tel usage, des solutions optimales répondant aux différents objectifs et respectant le jeu des contraintes. Certaines solutions seront alors caractérisées et testées à l'échelle du bâtiment dans des conditions réelles d'exploitation. Les résultats attendus comprendront des systèmes physiques, des modèles et des méthodes d'optimisation.

Résultats

Actuellement et après 18 mois de fonctionnement du projet, les principaux résultats consistent en : 1 - Recensement des systèmes combinés à air existants et des fonctions qu'ils traitent 2 - Analyse des retours de terrain pour les systèmes à air multi-fonctions 3 - Définition des objectifs et contraintes associés aux fonctions de ventilation, chauffage, refroidissement et production ECS 4 - Définition des bâtiments types neufs et renovés à savoir maisons individuelles, logements collectifs, bâtiments de bureaux et écoles. Par ailleurs et concernant la modélisation, tous les partenaires ont adopté l'environnement informatique MODELICA/DYMOLA. Une première approche de modélisation et d'optimisation des systèmes combinés à air a été effectuée soit en considérant un système défini a priori soit en cherchant à optimiser la composition du système initial (type et nombre de composants, ordre des composants...).

Perspectives

Les perspectives à moyen terme consistent en l'optimisation des systèmes combinés à air par rapport aux deux objectifs qui sont la minimisation de la consommation énergétique globale et la maximisation du taux d'exploitation des ressources de l'environnement. Cette phase d'optimisation doit permettre de définir et de développer trois prototypes (bâtiments tertiaires et résidentiels) qui seront testés en sites réels (plate-formes expérimentales de l'ULR et du CSTB).

Productions scientifiques et brevets

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Partenaires

ALLIE'AIR ALLIE AIR

ATLANTIC ATLANTIC

CETE Ouest Centre d'Etude Technique de l'Equipement

CSTB Centre Scientifique et Technique du Bâtiment

 EDF R&D SITE LES RENARDIERES

ENERBAT EDF R&D

ENSAS AMUP Ecole Nationale Supérieure d'architecture de Strasbourg

LaSIE Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement

Aide de l'ANR 849 951 euros
Début et durée du projet scientifique janvier 2013 - 48 mois

Résumé de soumission

Les objectifs du titre 1 de la loi « Grenelle 2 » en matière d’amélioration énergétique des bâtiments, de réduction des consommations énergétiques et de leur contenu en carbone sont extrêmement exigeants et génèrent des besoins énergétiques faibles. Les nouveaux niveaux énergétiques demandés sont tels qu’ils entrainent une remise en question profonde de toute la filière du bâtiment. Les méthodes de conception actuelles, principalement basées sur une optimisation technico-économique usage par usage, ne permettront pas d’atteindre ces cibles de façon optimale. Il apparaît notamment douteux d’associer un équipement performant et coûteux à chaque usage qui ne consomme presque rien. Par ailleurs, la haute performance énergétique des futurs bâtiments offre l’opportunité d’un nouveau statut au vecteur air. Piètre vecteur énergétique en raison de ses propriétés thermodynamiques, il présente des atouts incontestables (omniprésence, faibles puissances contrôlables finement…) lorsque les besoins énergétiques et les puissances mobilisées s’amenuisent.

Ce nouveau contexte ouvre donc de nouvelles voies de recherche. Une vision, non plus usage par usage mais de tous les usages simultanément, centrée sur le vecteur air où il s’agit de répondre aux différents besoins réglementaires en profitant au maximum des synergies entre usages et de la coïncidence entre les besoins et la disponibilité des ressources renouvelables. C’est avec cette vision que nous proposons d’aborder ce projet. Il s’agit de développer une nouvelle approche de conception, basée sur une méthodologie d’optimisation multicritères de solutions énergétiques globales, adaptée aux différents segments du bâtiment, et permettant d’étendre ainsi la palette des solutions techniques répondant aux exigences de performance énergétique des bâtiments BEPOS et nZEB.

Le consortium rassemble un laboratoire universitaire, un laboratoire industriel, deux centres d’études, un bureau d’études, un industriel et un architecte ayant tous des compétences reconnues en matière d’énergétique des bâtiments. Le projet s’inscrit pleinement dans l’axe thématique 2 de l’appel à projets et plus précisément au sous thème 2.3 « modélisation multi-physique, traitant des ambiances, du confort de la qualité environnementale (acoustique et qualité de l’air) en même temps que l’efficacité énergétique » par la méthodologie proposée et au sous thème 2.4 « : Innovation dans la construction et la rénovation » par les technologies qui émergeront.

 

Programme ANR : Villes et Bâtiments Durables (VBD) 2012

Référence projet : ANR-12-VBDU-0007

Coordinateur du projet :
Monsieur Christian INARD (Laboratoire des Sciences de l'Ingénieur pour l'Environnement)
christian.inard@nulluniv-lr.fr

Site internet du projet : http://venise.strasbourg.archi.fr/

 

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L'auteur de ce résumé est le coordinateur du projet, qui est responsable du contenu de ce résumé. L'ANR décline par conséquent toute responsabilité quant à son contenu.