Le bâtiment à énergie positive - un aperçu: - Positionnement dans le paysage énergétique - Les frontières du système et définitions - Défis et questions ouvertes - Expériences et perspective

Jusselme, Thomas

Infoscience - École polytechnique fédérale de Lausanne

BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 LE BÂTIMENT À ÉNERGIE POSITIVE (BEPOS)- UN APERÇU -BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05A PROPOSAdjoint du groupe de recherche Building2050 / EPFLSmart living lab / membre de la commission scientifiqueCo-fondateur, associé de Milieu Studio (FR)Co-fondateur, associé de exNdo architectures (FR)Co-fondateur, associé et directeur scientifique de Combo Solutions (FR)MSc. Environmental engineering – LYON1MSc. Industrial Design - UTCPhD Candidate / LIPID+LAST EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05LE SMART LIVING LABBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05BUILDING 2050http://building2050.epfl.ch/BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05LE SMART LIVING BUILDINGBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05LE SMART LIVING BUILDINGBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 ORIGINE ET  PRINCIPEDU BÂTIMENT À ÉNERGIE POSITIVEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05La stratégie énergétique 2050Le 25 mai 2011 et suite à la catastrophe de Fukushima, le Conseil fédéral décide la sortie progressive du nucléaire programmée pour 2034 et met en place une stratégie énergétique à horizon 2050 avec la Nouvelle politique énergétique« … les émissions de CO2 en Suisse liées à l’énergie seront comprises entre 1 et 1,5 tonne par habitant en 2050.»Un premier paquet de mesures concrètes a été adopté le 18 avril 2012 par le Conseil Fédéral. Ainsi dès 2020, « les nouvelles constructions s’approvisionnent en énergie de chauffage tout au long de l’année de manière aussi autonome que possible et assurent la production d’une part adéquate de l’électricité qu’elles consomment. »ORIGINE ET  PRINCIPE DU BÂTIMENT À ÉNERGIE POSITIVEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 53007,2 4900?2013LA SOCIÉTÉ À 2000WBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Demande énergétique cumulée d’un échantillon de ménages suisses en fonction de leurs émissions d’éq-CO2 (Notter – 2013)Une puissance de 2000W plus facile à atteindre qu’1 t éq-CO2LA SOCIÉTÉ À 2000WBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Evolution de la consommation d’énergie primaire en fonction de l’indice de développement humain par pays (UNDP - 2006)LA SOCIÉTÉ À 2000WBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05STEINBERGER, Julia K., TIMMONS ROBERTS, J., PETERS, Glen P. et BAIOCCHI, Giovanni, 2012. Pathways of human development and carbon emissions embodied in trade. Nature Climate Change. 22 janvier 2012. Vol. 2, n° 2, pp. 81-85.LA SOCIÉTÉ À 2000WBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Source: Travaux de Buillding2050 issus de (John, 2012; Passer, 2012; Hanspeter, 2013; CIRCE, 2010; Lehmann, 2011)OBJECTIFS 2050 VS BEST PRACTICEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Source : SIA 2040 – SIA D0236DE LA SOCIÉTÉ À 2000W À LA SIABUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05BEPOS & UEhttps://ec.europa.eu/energy/en/topics/energy-efficiency/buildings/nearly-zero-energy-buildingsBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05BEPOSLe bâtiment à énergie positive « BEPOS » est un bâtiment qui produit plus d’énergie qu'il n’en consomme. Avec au moins autant de définitions que de pays dans l’UE!BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 DÉFINITIONS ET FRONTIÈRESDU SYSTÈMEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05DÉFINITION FRANCESource: http://www.batiment-energiecarbone.fr/niveaux-de-performance-et-label/niveaux-de-performance/BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05DÉFINITION SIASource: SIA 2031:2016BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05DÉFINITION MINERGIE ASource : https://www.minergie.ch/fr/comprendre/labels-de-construction/minergie-a/BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05FRONTIÈRES DU BEPOSLe bâtiment à énergie positive « BEPOS » est un bâtiment qui produit plus d’énergie qu'il n’en consomme. Définition qui nécessite une précision des périmètresOn peut en citer 4: Périmètre géographique (bâti, parcelle, quartier…) Périmètre des usages (chauffage, ECS, électricité, mobilité…) Périmètre temporel (bilan annuel, mensuel, journalier, horaire…) Périmètre environnemental (énergie primaire totale, renouvelable…)+ 1 règle de calcul!BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PÉRIMÈTRE GÉOGRAPHIQUEERHORN, Hans et ERHORN-KLUTTIG, Heike, 2012. Towards 2020 - nearly zero-energy buildings. Online im WWW. BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PÉRIMÈTRE DES USAGES MONIKA HALL, 2015. Nullenergiegebäude - die nächste Generation energieeffizienter Bauten. [en ligne]. 2015. [Consulté le 6 avril 2017]. DOI 10.13140/RG.2.1.2875.5280. Disponible à l’adresse : https://doi.org/10.13140/RG.2.1.2875.5280BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PÉRIMÈTRE TEMPORELJan Hensen – TU/EindhovenCAO, Sunliang, HASAN, Ala et SIRÉN, Kai, 2013. On-site energy matching indices for buildings with energy conversion, storage and hybrid grid connections. Energy and Buildings. septembre 2013. Vol. 64, pp. 423-438. DOI 10.1016/j.enbuild.2013.05.030.BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PÉRIMÈTRE TEMPORELDr. Monika Hall - Auswirkungen Minergie Ahttps://www.energie-cluster.ch/fr/transfert-de-savoir/groupe-dinnovation-(gi)/batiment-a-energie-positive-(gi-bepos)/documentations-des-reunions-precedentes-2608.htmlBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PÉRIMÈTRE TEMPOREL18JUN17DEC19MAR17SEP[kW][kW][kW]Time [h][kW]Time [h]Time [h]Time [h]VUARNOZ, Didier, JUSSELME, Thomas, COZZA, Stefano, REY, Emmanuel et ANDERSEN, Marilyne, 2016. Studying the dynamic relationship between energy supply carbon content and building energy demand. In : plea 2016. Los Angeles. 2016BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05CED : Cumulative Energy Demand. Il s'agit de l'énergie totale nécessaire à la fabrication d'un bâtiment. Cet indicateur englobe l'énergie non renouvelable (fossile, nucléaire, forêt) ainsi que l'énergie renouvelable (hydraulique, solaire, biomasse, éolienne). [MJ] / [kWh].NRE : Non Renewable Energy. Cet indicateur fournit une indication sur la part non renouvelable de l’énergie grise utilisée. [MJ] / [kWh].GWP : Global Warming Potential. Cet indice regroupe les émissions de gaz (CO2, N20, CH4…) contribuant à influencer l'équilibre de l'effet de serre de notre atmosphère. [kg CO2–eq]. PÉRIMÈTRE ENVIRONNEMENTALBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05RÈGLES DE CALCULSARTORI, Igor, NAPOLITANO, Assunta et VOSS, Karsten, 2012. Net zero energy buildings: A consistent definition framework. Energy and Buildings. mai 2012. Vol. 48, pp. 220-232. DOI 10.1016/j.enbuild.2012.01.032. BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05CaractéristiquesSouth WWR 75%North WWR 40%Heating system HPVentilation 100% mech. DFEast & Est PV/facade 45%Roof 45%Electrical balance [MWh]Demand [MWh] 135.6Onsite generation [MWh]138.9ÉTUDE DE CAS – SMART LIVING BUILDINGBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Method 1:a site balanceMethod 2:a source balanceMethod 3:primary energy balance with building embodied energyBourrelle et al, Energy and Building 65 (2013)+3 [MWh/year]+10 [MWh/year]-92 [MWh/year]ÉTUDE DE CAS – SMART LIVING BUILDINGBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Bourrelle et al, Energy and Building 65 (2013)Method 4:primary energy balance with RES embodied energyMethod 5:payback method+10 [MWh/year]-182 [MWh/year]ÉTUDE DE CAS – SMART LIVING BUILDINGBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05SARTORI, Igor, NAPOLITANO, Assunta et VOSS, Karsten, 2012. Net zero energy buildings: A consistent definition framework. Energy and Buildings. mai 2012. Vol. 48, pp. 220-232. DOI 10.1016/j.enbuild.2012.01.032. UNE STRATÉGIE COMMUNEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 DÉFIS ET QUESTIONS OUVERTESBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Siemer and Knoll, 2013Evolution de l’efficacitéBloomberg, 2015Evolution des prixLE PHOTOVOLTAÏQUE - PRIXBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05[1] KBOB, 2014L’analyse de cycle de vie d’un panneauphotovoltaïque (PV) nous renseigne surla durée nécessaire d’utilisation pouramortir le carbone investit dans le cyclede vie du panneau.Herbsolar.comEnergy.korea.comEstimation du pay-back CarboneProduction électrique de 1 kWp à Fribourg 1120 kWh/anEmissions CO2 pour produire 1 kWp 1940 kg CO2 eq [1]Dure de vie PV 25 ansContenu CO2 par kWh consommé du réseau CH 0,1375 kg CO2 eq / kWh [1]Temps nécessaire au remboursement du CO2 25 ansTemps nécessaire pour égaler la performance du réseau 12,5 ansLE PHOTOVOLTAÏQUE – ACVTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05g CO2/kWh Source304 PV façade nord139 Mix final utilisateurs CH120 PV façade ouest117 PV façade est85 PV façade sud57 PV toiture (35°-sud)Contenu CO2 de l’électricité pour différentes orientation des PVà FribourgLE PHOTOVOLTAÏQUE – ACVTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Mario Cucinella ArchitectsLE PHOTOVOLTAÏQUEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Institute for Advanced Architecture of CataloniaLE PHOTOVOLTAÏQUEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Negroni ArchivisionLE PHOTOVOLTAÏQUEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Baumschlager + Eberle Arch.LE PHOTOVOLTAÏQUEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05INTÉGRATION DE LA COMPLEXITÉBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05INTÉGRATION DE LA COMPLEXITÉSource : Jusselme T et al, 2016. Towards a pre-design method for low carbon architectural strategies.In : PLEA2016. Los Angeles, USA. 2016.Exploration d’alternatives de conception grâce aux analyses paramétriqueset à la data-visualisationHeatingBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 EXPÉRIENCES ET PERSPECTIVESBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05https://www.energie-cluster.ch/fr/services/ueberblick-dienstleistungen/das-plusenergie-gebaeude/base-de-donnees-batiments-a-energie-positive-9.htmlEXPÉRIENCES(134 cas au 7/4/17)BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05http://www.enob.info/en/net-zero-energy-buildings/nullenergie-projekte-weltweit/EXPÉRIENCES(+ de 300cas)BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05EXPÉRIENCES – SOLAR DECATHLONSource : Google imageBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05EXPÉRIENCES – SOLAR DECATHLONhttp://www.swiss-living-challenge.ch/fr/BUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05PERSPECTIVES : TEMPORALITÉTravaux de Dr. Vuranoz / Building 2050 / EPFLUn contenu carbone de l’électricité du réseauqui fluctue au cours du tempsBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Contenu du réseau Suisse, année 2015DE (70%) CH (13%)AT (13%)F (4%)        CH (66%) DE (17%)F (10%)AT (7%)-Energy-Carbon emission:The Swiss grid in term of:Composition of national grids:Travaux de Dr. Vuranoz / Building 2050 / EPFLPERSPECTIVES : TEMPORALITÉBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Le poids de la mobilité dans le bâtimentPERSPECTIVES : LA MOBILITÉTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.052015PERSPECTIVES : LA MOBILITÉTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.052015PERSPECTIVES : LA MOBILITÉTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.0520152050PERSPECTIVES : LA MOBILITÉTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.0520152050PERSPECTIVES : LA MOBILITÉTravaux du groupe Building 2050 / EPFLBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05 SYNTHÈSEBUILDING 2050 –T. Jusselme / 2017.04.05Le BEPOS c’est: Un concept simple, mais une définition complexe Pas de solutions toutes faites, mais beaucoup de solutions possibles Beaucoup de matière grise pour peu d’énergie grise Une recherche d’efficience plus que d’efficacité Une réalité qui va devenir la norme en 2020 Un outil pour l’application de la stratégie énergétique 2050SYNTHÈSE

Le bâtiment à énergie positive – un aperçu

http://infoscience.epfl.ch/record/228325/files/BePos_170420_Intro_NRJ_TJ.pdf

Le bâtiment à énergie positive – un aperçu

Abstract

Similar works

Full text

Available Versions

Infoscience - École polytechnique fédérale de Lausanne