News Article
October 30, 2010

Des bâtiments intelligents avec une consommation énergétique proche de zéro

Hedge in the shape of a Zero representing zero energy buildings

L'un des avantages les plus prometteurs des bâtiments intelligents et d'un réseau intelligent est la coordination et l'intégration de nombreux types de ressources énergétiques. Les systèmes d'énergie renouvelable, le stockage de l'énergie, les applications de chaleur et de puissance combinées, et de nombreuses charges d'énergie peuvent désormais être regroupés de façon utile. Il en résulte une réduction considérable de l'empreinte énergétique et carbone. À mesure que les bâtiments deviennent plus intelligents, le nombre de bâtiments dont la consommation nette d'énergie est nulle va augmenter ; ce qui représente une part importante de l'économie à faible émission de carbone du futur.  

 

Une consommation nette d'énergie presque nulle

De nombreuses initiatives, dont le programme ENERGY STAR de l'agence de protection de l'environnement américaine et le système de classement LEED du U.S. Green Building Council, encouragent l'amélioration de l'efficacité énergétique dans les bâtiments ; généralement exprimée en pourcentage (20 % plus efficaces que les bâtiments classique ou 40 % plus efficaces que les bâtiments ASHRAE 90.1-2007). De telles améliorations permettent d'économiser de l'énergie et de réduire l'impact environnemental, mais elles n'ont pas la simplicité ni la vision ambitieuse d'un objectif ultime d'une consommation « nulle ». De plus, elles ne garantissent pas un développement durable, car l'augmentation du nombre de bâtiments plus efficaces sur le plan énergétique entraîne quand même la combustion de carburants fossiles et une production excessive de gaz à effet de serre à très long terme.

 

Dans le cadre de l'efficacité énergétique et du développement durable, les bâtiments dont la consommation nette d'énergie est nulle (ZEB, net zero energy building) représente un objectif ultime ambitieux. Un bâtiment ZEB est un immeuble à usage résidentiel ou commercial dont la consommation nette d'énergie totale provenant de sources non renouvelables (par exemple l'électricité du réseau public, le gaz naturel et le fioul) est nulle. Ces bâtiments sont à tel point éco-efficients que l'énergie renouvelable générée sur site leur suffit presque. Ils utilisent généralement l'électricité du réseau public à des périodes de l'année où la génération d'énergie renouvelable ne suffit pas à répondre à la demande. Mais à d'autres périodes, la génération sur site est supérieure aux besoins du bâtiment et le surplus d'électricité est exporté vers le réseau public. Sur une année, la consommation totale en électricité provenant du réseau public est compensée par le surplus généré. Un nombre limité, mais croissant, de bâtiments ZEB existe de par la monde, et des politiques et des programmes sont en train de voir le jour afin d'obtenir leur adoption par le plus grand nombre.

 

Politique sur les bâtiments ZEB

Un certain nombre de programmes et politiques  encourage désormais la construction de bâtiments ZEB. Dans l'Union européenne, une résolution de mars 2009 exige que, d'ici 2019, tous les bâtiments neufs produisent sur site autant d'énergie qu'ils en consomment. En mars 2009 également, la Zero Net Energy Buildings Task Force, créée par le Commonwealth du Massachusetts, a publié un rapport détaillant les stratégies d'adoption universelle des bâtiments ZEB pour les nouvelles constructions d'ici 2030. Le plan Long Term Energy Efficiency Strategic Plan de l'État de Californie, adopté en septembre 2008, exige que toutes les nouvelles constructions à usage résidentiel aient une consommation énergétique nette nulle d'ici 2020, et d'ici 2030 pour toutes les nouvelles constructions à usage commercial.

 

Au niveau national aux États-Unis, le programme de construction à usage commercial (CBI, Commercial Building Initiative) à consommation d'énergie nette nulle du département de l'énergie des États-Unis a pour but de parvenir à des bâtiments de ce type commercialisables dans les régions climatiques d'ici 2025. De plus, la section 422 de l'Energy Independence and Security Act de 2007 charge le CBI de développer et de diffuser les technologies, pratiques et politiques pour le développement et le déploiement de bâtiments à usage commercial à consommation d'énergie nette nulle pour :

  1. tout bâtiment à caractère commercial neuf aux États-Unis d'ici 2030 ;

  2. 50 % du parc de bâtiments à caractère commercial des États-Unis d'ici 2040 ;

  3. tous les bâtiments à caractère commercial des États-Unis d'ici 2050.



Caractéristiques communes des bâtiments à usage commercial à consommation d'énergie nulle existants

Les bâtiments actuels à consommation d'énergie nulle tendent à présenter des caractéristiques et des conceptions communes : 

  • Ils ne sont pas hauts : sur 8 bâtiments à consommation d'énergie nulle connus aux États-Unis, tous ont un ou deux étages et une superficie inférieure à 1 393 m2. Cet aspect est susceptible de changer à mesure que les technologies évoluent. Cependant, la modélisation énergétique effectuée par le laboratoire national des énergies renouvelables et le département de l'énergie des États-Unis indique que, à l'heure actuelle, il serait plus difficile pour les bâtiments de trois étages de satisfaire aux critères ZEB avec les ressources sur site et extrêmement difficile pour les immeubles de quatre étages et plus. Cela s'explique par le fait que les immeubles à plusieurs étages ont des densités de charge relativement plus élevées, une superficie de toiture relativement plus faible pour les systèmes photovoltaïques et un potentiel d'éclairage naturel relativement inférieur. Bien que cela puisse paraître comme une contrainte majeure pour la conception des ZEB, cela n'affecte pas la plupart des bâtiments à usage commercial des États-Unis qui comportent généralement un seul étage et dont la superficie est comprise entre 743 et 1 486 m2.

     

  • Priorité à l'efficacité : l'énergie économisée dans un ZEB est une énergie que le bâtiment n'a pas à produire. Une méthodologie globale performante pour atteindre une efficacité maximale au niveau du bâtiment doit se composer des étapes adéquates dans le bon ordre :

    • Réduction de charge: réduire chaque charge de consommation d'énergie au minimum et éliminer les charges inutiles. Pour un bâtiment neuf, commencez par une conception incluant uniquement les services énergétiques nécessaires.

    • Efficacité du système: répondez aux charges restantes aussi efficacement que possible. Optimisez l'efficacité du système dans son ensemble, en plus de l'efficacité de ses composants individuels (par exemple, spécifiez le système le plus efficace pour les refroidisseurs, les pompes, les moteurs et les ventilateurs).

    • Systèmes régénératifs: utilisez l'énergie produite à partir de déchets à des fins utiles.

    • Systèmes renouvelables: générez l'énergie sur site et de façon renouvelable. Un effet notable d'une efficacité extrême est qu'étant donné que l'éclairage et les systèmes HVAC sont de plus en plus efficaces, les charges de raccordement deviennent plus importantes et représentent ainsi un poste de réduction plus intéressant. C'est pourquoi les dispositifs les plus éco-efficients sont essentiels pour parvenir à une consommation d'énergie nette nulle.

  • La conception et le fonctionnement intégrés sont nécessaires : les bâtiments à consommation d'énergie nulle sont les plus performants lorsque toutes les parties impliquées, des propriétaires aux architectes en passant par les entrepreneurs, partagent la vision de consommation d'énergie nulle et collaborent tout au long de la conception et de la construction. En outre, les opérateurs des installations et les occupants des bâtiments, qui contrôlent les réglages des systèmes et les charges de raccordement, doivent contribuer activement afin de faire en sorte que le bâtiment atteigne ses objectifs de conception.

     

  • L'énergie renouvelable générée sur site est une priorité : : l'énergie renouvelable générée sur site est ce qu'il y a de plus durable sur la cycle de vie du bâtiment et permet de réduire au maximum la consommation d'électricité provenant du réseau public. La taille de l'unité, plus petite par nature, et les délais de production plus courts comparés à une énergie renouvelable du réseau public offrent également de nombreux avantages économiques, dont un système plus fiable, un plus grand choix de site d'implantation, un service de la dette inférieur et un meilleur rendu des effets de courbe d'apprentissage. Plus la ressource distribuée est proche (en termes de position et de dispersion) de la charge d'utilisation finale, plus elle correspond au schéma de la charge, réduisant ainsi au maximum les coûts, les pertes et la capacité inexploitée. Des systèmes de génération d'énergie renouvelable sur site placés à des endroits stratégiques peuvent également améliorer la stabilité des parties les plus sollicitées du réseau de distribution.

     

  • Ce résultat est possible grâce au raccordement au réseau : sur huit ZEB connus aux États-Unis, tous sauf un sont reliés au réseau pour atteindre leur équilibre énergétique annuel. Ces bâtiments sont utiles aux services publics de distribution de l'énergie, car ils utilisent moins d'énergie (réduisant ainsi la demande) et produisent un surplus d'électricité à des périodes de pointe du jour et de l'année du réseau. Les bâtiments qui ne dépendent pas du réseau et qui ont une consommation d'énergie nette nulle doivent recourir à des technologies de stockage relativement onéreuses. Il est plus pratique et moins coûteux pour les propriétaires d'être raccordés au réseau de distribution.

     

  • La surveillance et la vérification au service de la réalisation : une fois qu'un ZEB est mis en service, une surveillance et des vérifications minutieuses sont nécessaires pour soutenir les revendications de conception et, souvent, pour identifier et corriger les systèmes présentant des malfaçons ou des dysfonctionnements. Les propriétaires des bâtiments qui communiquent ces données de surveillance contribuent à la diffusion d'informations exactes sur les performances des ZEB, ce qui devrait diminuer les risques et accélérer la construction de ZEB supplémentaires.

     

 

1 Zero Energy Buildings: A Critical Look at the Definition [http://www.nrel.gov/docs/fy06osti/39833.pdf].