TECHNIQUES

L'efficacité des systèmes d'éclairage peut être améliorée en fonction de sa nature jusqu'à 80% grâce à l'utilisation de ballats, de réflecteurs, ds lampes efficaces d'économie d'énergie (T5 ou LED), la lumière du jour et/ou de contrôleurs de présence. Dans le cadre de concepts énergétiques, l'éclairage devrait également être étudié avec ou sans lumière du jour pour  en garantir le maximum d'économie d'énergie possible.

 

 

La production d'air comprimé est par nature un système énergivore. En général, ce sont  5 à 10% de l'énergie de production de l'air comprimé qui sont effectivement utilisés dans le process. Les économies d'énergie sont réalisées dans l'élimination des fuites et une utilisation plus efficace des séchoirs à air, récupérateurs de chaleur, le contrôle de la vitesse variable, l'uilisation de moteurs électriques, l'arrêt et l'arrêt partiel.

Dans le cadre de la réalisation d'un concept énergétique, les besoins réels ainsi que les fuites d'air doivent être déterminés avec précision pour optimiser l'efficacité énergétique.

 

 

Les procédés de refroidissement industriel représentent un potentiel important d'économie d'énergie. Habituellement la compression électrique est utilisée pour le refroidissement, sur le même principe que le réfrigérateur. Certaines des unités de refroidissement sont intégrées directement dans la machine, d'autres sont prévues pour refroidir les moteurs à travers un cycle de réfrigération.

Souvent, ces unités de refroidissement sont surdimensionnées et ont un mauvais rendement. Dans de nombreux cas, les unités de refroidissement à compression peuvent être remplacées par un circuit de refroidissement qui ne nécessite aucun compresseur. Le refroidissement adiabatique a lieu par exemple par refroidissement libre ( tour de refroidissement),  par une circulation d'eau ou par un refroidisseur hybride. En utilisant un tampon froid, l'alimentation en eau froide peut être adaptée de manière optimale aux besoins. Le refroidissement hybride fait appel au principe de la condensation pour parvenir à un net accroissement de performance.

Dans le bâtiment, il existe également de multiples alternatives à des systèmes de refroidissement électriques classiques (climatiseurs). Ces derniers nécessitent parfois le recours à des fluides frigorigènes utilisés à une température située entre 15 et 18°C. Dans ce cas, une alternative de refroidissement est possible par l'utilisation d'eaux souterraines ou de sondes géothermiques.

Les ponts thermiques sont des points faibles dans l'enveloppe du bâtiment. Ils se produisent partout où l'isolation est affaiblie par des composants tels que des colonnes, des balcons ou des coffrets de volets. Les ponts thermiques peuvent conduire à des problèmes de moisissures importants parce que l'air humide se condense sur les composants "froids et mal isolés".

Les bâtiments qui présentent une faible consommation en énergie doivent être conçus avec peu de ponts thermiques. Mais parfois les ponts thermiques sont surestimés, ce qui conduit à des coûts très élevés pour obtenir une consommation énergétique faible. Notre mission consiste à évaluer les problèmes de condensation en préparant les carnets de détails pour obtenir les consommations énergétiques les plus faibles possibles.

Les systèmes de ventilation sont souvent parmi les plus importants consommateurs d'énergie dans les bâtiments industriels, commerciaux et publics. Par l'utilisation de ventilation double flux qui permettent la récupération de chaleur, les consommations des systèmes de ventilation peut être réduite de 80%. Les potentiels d'économie d'énergie sont très élevés dans les ateliers de peinture industrielle, les laboratoires, les piscines et dans les locaux chauffés avec des aérothermes.

Les bâtiments résidentiels à faible consommation énergétique sont en général équipés de systèmes de ventilation avec des niveaux élevés de récupération de chaleur ( plus de 80%)

Les procédés industriels ont souvent lieu à des températures élevées (> à 150°C). Dans le cadre de ces processus, les températures d'échappement élevées sont refroidies par l'intermédiaire de tours de refroidissement. Grâce à l'utilisation d'échangeur de chaleur à gaz, ces flux de chaleur perdue peuvent être utilisés à des fins de chauffage, de production d'eau chaude ou dans des procédés industriels.

La cogénération est sobre d'un point de vue énergétique, car elle permet de produire de manière simultanée de la chaleur et du courant électrique. Le principe de fonctionnement est celui d'un moteur qui entraîne un générateur pour produire de l'électricité. La chaleur résiduelle du gaz d'échappement est alors utilisée pour le chauffage. Le combustible est non seulement chauffé mais en même temps il produit également de l'électricité.

La cogénération peut être utilisée sur des sites dont les besoins électriques sont estimés entre 5 kW et 1000 kW de puissance électrique à partir d'un module compacte pour chaufferie jusqu'aux grandes chaufferies diesel de bateaux. Ce procédé peut également être mis en place dans les copropriétés ou sur d'importants sites industriels. Le combustible le plus souvent utilisé est le gaz naturel.

L'économie générée doit être étudiée au cas par cas. En règle générale, la cogénération est mise en place dans des projets pour lesquelles l'électricité produite peut être utilisée principalement pour répondre aux besoins du site.

 

 

Installation photovoltaique sur le siège de Solares bauen France à Strasbourg 18 kWc

La production d'électricité avec des panneaux photovoltaïques a connu ces dernières années un développement important. Le prix des modules photovoltaïques a fortement baissé ce qui permet à ce mode de production d'énergie propre de rester économiquement intéressant et ce quel que soit le type d'opération : industrielle, tertiaire, hôtel ou bâtiments résidentiels. Dans les bâtiments industriels et commerciaux, la production d'électricité par photovoltaïque permet généralement de couvrir les besoins quotidiens. Par conséquent, l'utilisation de l'espace disponible sur le toit pour l'installations d'un système photovoltaïque est en général une mesure utile.

 

 

L'utilisation des énergies renouvelables comprend, sauf le soleil, le vent et l'eau, les matières premières renouvelables, à savoir toutes les formes de biomasse. Ceux-ci comprennent, par exemple, le bois, l'huile de colza, les déchets verts, maïs et autres. Les fumier liquide et solide font également partie au sens large des combustibles biomasse.

Le bois est utilisé en tant que combustible sous deux formes communes : les copeaux et les granulés. Moins communes sont les briquettes fabriquées à partir de copeaux et de sciures sèches compressés, les bois de rebut broyés et les écorces broyées également.

L'huile de colza peut être utilisée comme combustible pour la cogénération. En raison de l'évaluation écologique négative de l'huile de colza utilisée comme combustible, cette huile est en réalité peu utilisée dans les systèmes de cogénération.

Le fumier liquide, solide, le maïs et autres déchets verts sont utilisés pour produire du biogaz. La plupart du temps, ce gaz vert est utilisé pour la production d'électricité par un système de cogénération implanté sur le même site. Mais parfois, les biogaz sont injectés dans un réseau plus classique et peuvent être revendus par des fournisseurs de gaz.

La géothermie couramment utilisée dans le bâtiment est la géothermie dite peu profonde. Il s'agit d'extraire la chaleur contenue dans le sous sol afin de l'utiliser pour le chauffage. Les pompes à chaleur utilisent la géothermie de surface pour le chauffage. Elles captent la chaleur souterraine peu profonde, où la température reste inférieure à 30°C. Cette technique est fréquemment utilisée pour chauffer des logements collectifs ou individuels.

L'utilisation des eaux souterraines comme source de chaleur nécessite la mise en place d'un puit et d'une sonde verticale en forme de U qui envoie de l'eau froide sous terre . Cette eau est ensuite pompée pour être remontée en surface. Sa température est alors de 10 à 20 degrés. Cette énergie est ensuite valorisée par une pompe à chaleur qui va élever sa température. Cela permet de chauffer l'eau chaude sanitaire et ainsi que l'eau du circuit de chauffage.

En raison du coût élevé du forage du puit, cette solution est plus intéressante économiquement pour les immeubles de logements collectifs. De plus, en raison de la faible profondeur de forage, en hiver les températures des couches supérieures de la terre baissent. A cette période de l'année, les collecteurs géothermiques sont moins efficaces. Par contre, des forages à une profondeur située entre 50 et 150 m permettent de maintenir des températures constantes même en hiver. Cette technique permet de produire la chaleur nécessaire pour des usines de toute taille, des immeubles résidentiels, des bureaux et bâtiments commerciaux.

Les pompes à chaleur permettent également la production de froid en été pour rafraîchir le bâtiment.

Contrairement à un système de chauffage urbain, la mise en place d'un réseau de chaleur commun entre plusieurs bâtiments situés sur un même site a l'avantage d'éviter un investissement individuel dans différents systèmes de production de chaleur. Ce système de chauffage collectif se différencie techniquement de celui du chauffage urbain par la production d'eau chaude à des températures moins élevées, en général aux alentours de 90°C maximum.

Le raccordement de plusieurs bâtiments à un réseau de chaleur permet de mettre en place des systèmes de production de chaleur collectif efficaces, qui ne seraient pas économiquement intéressants pour des bâtiments chauffés de manière individuelle. Dans le cadre de projet de construction ou de rénovation de logements individuels, il est également intéressant de réfléchir au raccordement à un réseau de chaleur, si il existe un à proximité. Par contre, les économies d'énergie générées par ce système collectif sont limitées par des pertes de chaleurs supplémentaires liées aux déperditions des réseaux.

 

L'énergie solaire thermique désigne l'utilisation du rayonnement solaire dans le but d'échauffer un fluide ( liquide ou gaz). Les rayons du soleil piégés par des capteurs thermiques vitrés, transmettent leur énergie à des absorbeurs métalliques. Ceux ci réchauffent un réseau de tuyaux de cuivre où circule un fluide caloporteur. Cet échangeur chauffe à son tour l'eau chauffée dans un cumulus. L'eau chaude produite dans le chauffe-eau solaire peut être utilisée pour la production d'eau chaude sanitaire ou le chauffage.

L'énergie solaire thermique est une technologie mature et éprouvée depuis des années pour l'utilisation de l'énergie solaire. Tous les dispositifs qui agissent comme capteurs solaires thermiques sont de plus en plus intégrés dans les projets d'architecture bioclimatiques.

La pompe à chaleur est un appareil thermodynamique qui récupère la chaleur contenue dans l'air, la terre ou l'eau, éléments présents dans la nature, pour la transférer, via des transformations d'un fluide frigorigène, à l'intérieur d'un logement afin de le chauffer et parfois produire l'eau chaude sanitaire. La pompe à chaleur réversible, en plus de la chaleur l'hiver, produit également du froid l'été (climatisation ou rafraîchissement).

L'avantage de la pompe à chaleur est qu'il ne nécessite pas de connexion au réseau de gaz, ni d'espace de stockage de combustible. L'inconvénient est que pour être énergétiquement et économiquement compétitif, la pompe à chaleur doit être utilisée dans des conditions permettant de disposer d'un COP ( Coefficient de Performance) aussi faible que possible.

Le COP représente la différence entre la quantité d'énergie produite et la quantité d'énergie utilisée. L'indice de performance est le nombre de kWh produit pour 1 kWh consommé. Le coefficient varie selon les systèmes de chaleur utilisés. Plus le coefficient est élevé, plus la consommation en énergie est faible et la facture d'électricité diminue.

Le coefficient de performance est directement dépendant de la différence de température entre la source de chaleur et la chaleur utile. Des conditions optimales existent, par exemple, lorsque la source de chaleur géothermique est à 12-15°C et que le bâtiment est chauffé par un système de chauffage par le sol qui ne nécessite que 35° de chaleur utile. Par contre, les conditions d'utilisation sont défavorables, lorsque les températures extérieures sont négatives et que le système de chauffage nécessite des températures de départ >60°C. Plus il fait froid, moins les performances sont bonnes, et plus la température de sortie de la PAC est élevée, moins les performances sont bonnes également.

Il existe également des pompes à chaleur à gaz à absorption qui  utilisent un circuit fermé contenant une solution eau-ammoniac, chauffée par un brûleur gaz. Ces systèmes fonctionnent en version aérothermique et géothermique. Ils sont également capables de produire du froid pour rafraîchir les locaux. La PAC gaz est aussi performante que la PAC électrique, voire plus. Par contre l'investissement initial est plus élevé et ce type d'installation est recommandé uniquement pour des projets avec des puissances minimales de 40 kW.

Les bâtiments "Zéro Energie" ou "Zéro Emission" sont conçus de telle sorte que leur fonctionnement engendre un bilan équilibré entre l'énergie produite et l'énergie consommée. Cela signifie que les besoins en énergie ( pour le chauffage, le refroidissement et l'électricité) sont couverts par l'utilisation d'énergie renouvelable à 100%. Le bilan de la consommation d'énergie est donc neutre en CO2. Le bilan de la consommation énergétique est calculé sur une année complète d'exploitation du bâtiment. Les excédents d'énergie produite en été sont en compensés en hiver par un approvisionnement en externe via le réseau publique.

Malheureusement, les termes "Zéro Energie" et "Zéro Emission" ne sont pas clairement définis.  Certains se contentent de ne tenir compte que des besoins en énergie pour le chauffage et pour l'électricité et négligent la production d'eau chaude sanitaire. Pour nous un bâtiment peut être considéré à "zéro  émission" si il produit au moins autant d'énergie primaires que ses besoins opérationnels : le calcul devra tenir compte du besoin d'énergie pour le chauffage, le refroidissement, l'eau chaude, l'éclairage et les équipements techniques ( pompes, ventilation..)

Solares bauen a participé à la construction de plusieurs projets qui répondent à cette définition en tant que bureau d'étude thermique et fluides. Certains ont même dépassé cette norme en produisant plus d'énergie que celle consommée sur les réseaux d'approvisionnement publiques. Il s'agit de bâtiments à énergie positive.

 

 

Les bâtiments à énergie positive sont des bâtiments qui produisent plus d'énergie qu'ils n'en consomment sur une année complète d'exploitation. Habituellement les excédents d'énergie produites en été sont compensés en hiver par l'approvisionnement en énergie en externe via le réseau d'alimentation publique. La différence avec les bâtiments "Zéro Emission" ou "Zéro Energie" est marginale. En fin de compte, un mètre carré d'un système de production d'électricité par panneau photovoltaïque est suffisant pour qu'un bâtiment soit définie à énergie positive au lieu de "Zéro Emission" ou "Zéro Energie". Il n'existe également dans ce cas, pas de définition claire et précise. Souvent les maisons sont définies "à énergie positive" même si elles ne génèrent pas d'excédent par rapport à la demande d'énergie pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire.

Nous considérons qu'un bâtiment peut être considéré à énergie positive s'il produit un excédent d'énergie par rapport à l'ensemble de la consommation en énergie des postes suivants : besoin de chaleur, besoin de froid et énergie électrique.