Étude : Le Qzen c'est ...

Introduction

En 2021, toutes les nouvelles constructions wallonnes seront devront respecter le standard Q-ZEN. Pour les bâtiments publics ce sera déjà le cas dès janvier 2019 !

Dans le cadre de ce nouveau pas réglementaire vers des bâtiments plus performants, l’équipe d’énergie plus s’est posé une série de question : qu’est-ce qu’un bâtiment Q-ZEN ? À quoi ressemble-t-il ? Embarque-t-il nécessairement du renouvelable ? Implique-t-il nécessairement un surcoût sur les techniques ? Quelle performance doit atteindre l’enveloppe ? Peut-on être Q-ZEN simplement en isolant mieux ? Le triple vitrage : nécessité ou coquetterie ?

Pour répondre à cette série de questions et bien d’autres encore, nous avons encodé 162 fichiers .PEB selon des règles bien définies (voir méthode ou hypothèses, ci-dessous).

Les résultats ou « scores » PEB bruts de ces 162 bâtiments sont ensuite passés à la loupe pour y déceler les clés de conception d’un bâtiment Q-ZEN !

Méthode

La méthode mise en œuvre s’articule en 6 étapes clés :

  1. Récupérer des fichiers PEB réels :
    De cette manière, les dimensions, les orientations, les ombrages, les géométries… seront ancrées dans le réel. L’utilisation de plusieurs fichiers PEB de base assure une certaine variabilité et représentativité des résultats.
  2. Faire varier le niveau d’isolation des bâtiments selon 3 scenarii :
    En faisant cela, nous triplons la quantité de fichiers PEB et nous pouvons juger de l’intérêt d’en améliorer les performances pour atteindre ou dépasser le niveau Q-ZEN.
  3. Faire varier les options techniques et renouvelables du projet selon 6 scénarii :
    L’utilisation de 6 scénarii différents pour les techniques et le renouvelable, bien que limité (il existe une infinité de combinaisons en réalité), permet de jauger du niveau de performance nécessaire à l’obtention de l’étiquette « Q-ZEN ». Ceci permettra de comparer, par exemple, un bâtiment mal isolé avec des techniques performantes avec ce même bâtiment bien isolé avec des techniques plus classiques.
  4. Encoder les 162 fichiers .PEB obtenus via les étapes précédentes.
  5. Afficher les résultats bruts triés par scénario d’isolation et options techniques
  6. Analyser les résultats et tirer les stratégies générales pour la conception d’un bâtiment respectant les exigences Q-ZEN. 

Échantillon

Les fichiers .PEB de base sont issus des 8 bâtiments de bureau et un édifice de formation. Ces bâtiments sont de dimensions très variables, ils ont des niveaux K et EW répondant aux standards Q-ZEN.

Fonction Superficie Niveau K Niveau EW
Bâtiment 1 Bureau ≈ 750 m² 32 45
Bâtiment 2 Bureau ≈ 7000 m² 29 45
Bâtiment 3 Bureau ≈ 300 m² 18 36
Bâtiment 4 Bureau ≈ 4 900 m² 21 29
Bâtiment 5 Bureau ≈ 100 m² 11 32
Bâtiment 6 Enseignement ≈ 1 500 m² 15 28
Bâtiment 7 Bureau ≈ 14 000 m² 28 22
Bâtiment 8 Bureau ≈ 600 m² 22 19
Bâtiment 9 Bureau ≈ 3 400 m² 18 16

 

PEB, schéma de l'échantillon.

La sélection de l’échantillon a été réalisé de manière à couvrir un maximum de superficies, de niveaux EW et K.

Hypothèses

Hypothèses pour les niveau d’isolation

3 hypothèses sont prises en compte. Les niveaux sont les suivants :

Graphique sur les 3 hypothèses niveau isolation.

Ceci correspond à :

  • Niveau d’isolation « faible » :
    • 15 cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
    • Double vitrage performant
  • Niveau d’isolation « moyen » :
    • 18cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
    • Double vitrage extrêmement performant ou triple vitrage classique
  • Niveau d’isolation « bon » :
    • 24cm d’isolant (λ = 0.035 W/m.K, sans tenir compte des autres couches)
    • Triple vitrage à haut rendement

Pour les façades légères :

  • le niveau d’isolation « faible » = 2W/m².K (respect de l’exigence)
  • et les niveaux « moyen » et « bon » sont les mêmes que pour les fenêtres.

Hypothèses pour les options techniques et renouvelable

6 scénarii sont évalués :

1. Installation de base (IB)

On conserve pour ce scénario tout ce qui est encodé dans le bâtiment de référence sauf que :

  • La production de chaleur devient une « simple » chaudière à eau à condensation
Vecteur Où ?  Maint.  T° Rend 30%   T° retour  Veilleuse
Gaz nat vol.prot  Non   108%  30  Non
  • Le refroidissement est réalisé « par une machine frigorifique à compression ».
Vecteur Vecteur CoP EER
Electricité 2,75
  • Le renouvelable est supprimé

2. IB + Géocooling

On part de l’installation de base sauf que :

  • Le refroidissement est réalisé « par utilisation directe du froid (géocooling) ».
Transport
Par air

3. IB + PAC

On part de l’installation de base sauf que :

  • La production de chaleur est réalisée via une PAC :
Type Resist Th. Source Ch  fluide COPtest T°dep
Electrique Non Air Nf ext   eau  4 40°C

4. IB + PAC + Géocooling

On part de l’installation de base sauf que :

  • Les options 2 (pour le refroidissement) et 3 (pour la production de chaleur) sont combinées.

5. IB + PV10%Ach

On part de l’installation de base sauf que :

  • Une surface de [Ach/10] m² de panneaux PV est installée en toiture en respectant les ombrages, orientations et inclinaisons prévues dans les projets originaux. Le cas échéant (rare) :
Orient.  Inclin. Ombrage
SUD 35°  Non

6. IB + PAC + Géocooling + PV10%Ach

On part de l’installation de base sauf que :

  • Les options 2 (pour le refroidissement), 3 (pour la production de chaleur) et 5 (pour le renouvelable) sont combinées.

Résultats

Préambule

Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax engendrera le respect de l’exigence K35. Il n’y a que pour les bâtiments présentant une trop forte portion de surface vitrée ou de façade légère que le strict respect des Umax pourrait ne pas entrainer le respect du niveau K35. Ainsi, pour ces bâtiments, il faudra envisager soit de réduire la portion vitrée soit d’améliorer la performance de ces surfaces au-delà des exigences.

Dans l’écrasante majorité des cas, le strict respect des valeurs Umax ET de l’exigence K35 permet de respecter l’exigence EW 90 en vigueur pour toutes les parties fonctionnelles de l’unité PEN autre que le bureau et l’enseignement… Il n’y a donc que pour ces deux dernières fonctions (devant respecter un niveau EW45) que l’analyse devra être plus fine…

Précisons avant d’afficher les résultats que ces derniers sont issus de fichiers PEB encodés en détail pour ce qui concerne par exemple l’étanchéité, l’éclairage ou encore la ventilation… En effet : lorsque des moyens matériels, financiers et humains sont investis pour améliorer la performance d’un édifice au-delà du niveau Q-ZEN, il n’est raisonnablement plus admissible de céder à certaines facilités d’encodage anéantissant tous les efforts précités. Pour mémoire, l’encodage simplifié ou par défaut peut mener à une surévaluation cumulée pouvant excéder 50 points EW !

Comme autres recommandations générales, nous pouvons également suggérer une étanchéité meilleure que 2m³/(h.m²), l’utilisation d’un système D à récupération de chaleur et d’un éclairage bien étudié et régulé.

Résultats bruts

Graphique sur les résultats bruts.

Probabilité d’être Q-ZEN, par scénario, en fonction du niveau d’isolation.

Graphique sur les scénarios par niveau d'isolation.

Les conclusions de cette étude se trouvent à la page Stratégies de conception Q-ZEN. Dans cette page, sur base des enseignements de cette étude, nous répondons aux questions que se posent les concepteurs au moment de concevoir un bâtiment Q-ZEN en proposant des repères et des Stratégies de conception. Les résultats sont également disponibles sous la forme d’un arbre de décision à télécharger.