Arrêté du 4 août 2021 - Annexe 2 : Méthode de calcul détaillée « Th-BCE 2020 »

2.3.1 INTRODUCTION

La méthode de calcul énergétique, d’un point de vue informatique est structurée de la façon suivante :

a)Un cœur de calcul qui effectue les calculs annuels au pas de temps horaire pour déterminer les différents indicateurs réglementaires

b)Des pré processeurs utilisés en amont du cœur de calcul, et permettant d’alimenter les objets le composant,

c)Des post processeurs d'intégration et de traitement des résultats horaires.

Figure 10 - Structuration de la méthode Th-BCE

Cette méthode de calcul utilise comme données d’entrée tous les éléments descriptifs du bâtiment et de ses équipements qui sont définis de façon opposable. Ces données d’entrée des éléments descriptifs du bâtiment et de ses équipements sont constituées de deux types de paramètres différents :

•Des paramètres dits intrinsèques qui correspondent aux caractéristiques techniques du composant,

•Des paramètres dits d'intégration, dépendant de la mise en œuvre du composant dans le projet étudié.Par exemple, le coefficient U d'une baie est un paramètre intrinsèque alors que son orientation est un paramètre d'intégration.

Les éléments apportés après la réception du bâtiment ainsi que les paramètres indépendants du bâtiment intervenant dans la méthode de calcul sont définis de façon conventionnelle (voir paragraphe 2.2).

Pour toute valeur de caractéristique utilisée comme donnée d’entrée du calcul réglementaire, sa conformité aux règles du présent arrêté doit pouvoir être justifiée.

2.3.2 LA COMPOSITION PHYSIQUE DETAILLEE DU BATIMENT

Pour l’analyse de cycle de vie, le maître d’ouvrage doit renseigner tous les quantitatifs (métrés, quantités estimées) des produits et équipements utilisés dans le bâtiment ou sur la parcelle et entrant dans le périmètre de la méthode. Pour le calcul de la contribution composants, les produits et équipements doivent être affectés à un ou plusieurs lots et sous-lots (voir Tableau 5 ).

2.3.3 LA SURFACE DE REFERENCE

Certains calculs et l’expression de nombreux indicateurs requièrent l’utilisation de surfaces de référence.

Sref correspond à la surface (quantité) de référence du bâtiment. Elle est une donnée nécessaire au calcul des performances énergétique et environnementale.

La surface de référence ne doit pas être confondue avec les autres surfaces pouvant être utilisées dans les algorithmes de calcul comme les surfaces de paroi opaques, les surfaces de baie…Ces dernières sont spécifiques à certains calculs et ne dépendent pas de la typologie du bâtiment étudié.

2.3.4 LE CLIMAT

Les données d’entrée pour le climat sont la zone climatique et l’altitude.

La donnée ‘zone climatique’ génère les données climatiques conventionnelles correspondant à l’année de référence qui lui est associée.

La donnée ‘altitude’ permet de corriger les données climatiques en fonction de celle-ci.

Tableau 5 – Description de la composition physique du bâtiment en lots et sous lots

Tableau 6 - Description de la composition physique de la parcelle

2.3.5 L’ENVIRONNEMENT PROCHE

La caractérisation de l’environnement proche du bâtiment se fait à travers la description des masques architecturaux ou lointains.

Pour la prise en compte des masques, la méthode de calcul distingue les masques lointains (définis par une hauteur de masque par tranche azimutale, ou par un profil de type rue), les masques végétaux et les masques proches horizontaux et verticaux (profondeur du masque, distance entre la paroi et le masque, hauteur du masque), et distingue donc leurs données d’entrée.

Quelques éléments sont fournis ci-dessous :

•masque lointain défini par tranches azimutales :

•masque lointain constitué d’arbres à feuilles caduques

•masque lointain de type plan vertical éloigné, caractérisé par l’angle sous lequel le masque est vu

•masques proches verticaux droite et/ ou gauche, considérés comme infinis, caractérisés par leur débord et leur distance à la paroi étudiée

•masque proche horizontal considéré comme infini, caractérisé par son débord et sa distance à la paroi étudiée.

2.3.6 LES SCENARIOS LIES A L’OCCUPATION DES LOCAUX

L’organisation interne du bâtiment permet de spécifier le type et la surface des zones et des locaux.

Pour les scénarios liés à l’occupation des locaux, les données d’entrée sont le type de zone.

Les scénarios conventionnels d’occupation et d’usage sont alors générés au niveau de la zone et également au niveau des locaux du groupe.

2.3.7 L’ENVELOPPE DU BATIMENT

Pour les parois (opaques ou vitrées), et les ponts thermiques induits, qui constituent l’enveloppe du bâtiment, les données d’entrée concernent :

•Les caractéristiques dimensionnelles et d’implantation (surface ou longueur, orientation, inclinaison)

•Les caractéristiques thermiques et énergétiques : coefficient de transmission thermique, facteur solaire

•Les caractéristiques lumineuses : transmission solaire et transmission lumineuse (uniquement pour les baies)

•L’ouverture des baies et la fermeture des protections mobiles pour le confort d’été (manuelle ou automatique)

Les données d'entrée sont, pour certaines des caractéristiques physiques ci-dessus, définies dans les règles Th-Bat (annexe IV du présent arrêté).

Règles Th-Bat Fascicule Généralités Fascicule Matériaux Fascicule Parois Vitrées Fascicule Parois opaques Fascicule Ponts Thermiques Fascicule Inertie

Figure 11 - Organisation des règles Th-Bat

La perméabilité est décrite par le débit d’air traversant l’enveloppe sous une différence de pression de 4 Pa par m² de paroi.

2.3.8 L’INERTIE THERMIQUE

Trois types d’inertie thermique doivent être décrites pour le calcul énergétique, chacune ayant un impact propre sur la réponse du bâtiment aux sollicitations extérieures :

•l’inertie quotidienne pour caractériser l’amortissement de l’onde quotidienne de température et d’ensoleillement en saison chaude ainsi que pour caractériser le taux de récupération des apports de chaleur en hiver (période de 24 h) ;

•l’inertie séquentielle pour caractériser l’amortissement de l’onde séquentielle de température. Elle permet la prise en compte de l’inertie lors des séquences de chaleur en été. L’onde de température extérieure prise en compte de manière conventionnelle a une période de 14 jours ;

•l’inertie annuelle pour caractériser l’amortissement de l’onde annuelle de température (période de 365 jours).

Ces inerties sont caractérisées par des classes (pouvant aller de Très Légère à Très Lourde), qui doivent être déterminées conformément aux règles Th-Bat (Fascicule Inertie), par une méthode soit forfaitaire, soit à point permettant une approche plus fine en fonction des caractéristiques des parois intérieures et extérieures du local.

Il est également possible de caractériser directement l’inertie à partir des coefficients de l’inertie thermique :

•Cm_surf: Capacité thermique ramenée à la surface utile du bâtiment considéré.

•Am_surf: Surface d’échange équivalente des parois opaques avec l’ambiance ramenée à la surface utile du bâtiment considéré

Dans le cas de la saisie d’une classe d’inertie, à chacune est alors associée une valeur conventionnelle pour Am_surf et pour Cm_surf,

2.3.9 LE DEPLACEMENT DES OCCUPANTS A L’INTERIEUR DU BATIMENT

Les éléments visés ici concernent essentiellement les déplacements des occupants à l’intérieur du bâtiment qui entraînent des consommations d’énergie. Sont pris en compte les ascenseurs et les escalators présents dans le bâtiment., ainsi que les consommations de ventilation et d’éclairage des parkings associés au bâtiment.

Les données d’entrée regroupent :

•Des éléments de description intrinsèques aux matériels (type d’appareil, masse utile, vitesse nominale, ...)

•Des éléments de description précisant l’intégration dans le bâtiment objet de l’étude (nombre d’étages desservis, hauteur de desserte, zones desservies, calendrier d’occupation, puissance d’éclairage installée…)

2.3.10 LA VENTILATION

Pour chacun des systèmes énergétiques (chauffage, refroidissement, ventilation, eau chaude sanitaire, éclairage) cette méthode de calcul distingue les trois niveaux suivants :

1)L'émission correspondant à la satisfaction du besoin de l'occupant : chaleur, froid, débits (soufflés et/ou extraits), eau chaude sanitaire, lumière artificielle,

2)La distribution correspondant aux réseaux alimentant les émetteurs,

3)La génération, correspondant à l'alimentation énergétique des réseaux de distribution.Les systèmes de ventilation sont décrits depuis l'entrée de l’air dans le bâtiment (via des entrées d’air dédiées ou par les défauts d’étanchéité ou encore les baies vitrées) en passant par les bouches de reprise, les réseaux aérauliques de distribution, et les centrales de traitement d’air.

Selon le principe défini ci-dessus, les "émetteurs" sont les bouches, ou équivalents, connectés aux débits requis (fournis ou extraits) pour le groupe. Les entrées d'air présentes en façade du bâtiment sont caractérisées par leur module, et la variation de celui-ci en fonction des différences de pression entre l’intérieur du bâtiment et l’extérieur le cas échéant.

Les "réseaux de distribution" sont caractérisés par leurs pertes aérauliques (fuites), et par leur étanchéité à l’air.

Les "générateurs" sont les moteurs : extracteurs, centrales de traitement d'air, dispositifs d'aspiration statique ou hybride, caractérisés par leur puissance absorbée.

Cette méthode de calcul intègre différents systèmes de ventilation spécifique, que ce soit pour l'hygiène ou le confort thermique. Sont ainsi intégrés les systèmes de ventilation simple ou double flux, ainsi que les systèmes dits à débit constant (DAC) ou variable (DAV) permettant également le traitement de l’ambiance.

En complément, les caractéristiques des autres éléments composant la centrale sont demandées (échangeurs, batteries chaudes ou froides, recyclage, etc.), ainsi que les paramètres nécessaires à la régulation de la ventilation (températures autorisant le by-passage par exemple).

2.3.11 LE CHAUFFAGE ET LE REFROIDISSEMENT

L’émission du chauffage et/ou du refroidissement :

Chaque émetteur présent dans un groupe est caractérisé par :

•Sa fonction (chauffage ou refroidissement),

•Son ratio d'émission (%) par rapport au groupe (basé sur la surface relative desservie mais aussi sur une notion d’utilisation partielle dans le temps lorsque plusieurs émetteurs cohabitent),

•Les parts convective et radiative (%) de l’émission

•Sa variation spatiale (K) qui est la différence entre la température dans la zone d’occupation et la température moyenne du local. Elle est représentative des phénomènes de stratification, elle dépend de la classe de l’émetteur utilisé et de la hauteur sous plafond du local desservi.

•Sa variation temporelle (K) exprimant la différence entre la température moyenne de la zone d'occupation et la température de consigne. Elle est représentative de la précision de régulation dans le temps de l’émetteur.

•La présence ou non d’une détection de présence par pièce

•Les éventuelles pertes au dos des émetteurs intégrés aux parois

La distribution du chauffage et/ou du refroidissement

La distribution est séparée en une part secondaire et une part primaire pouvant présenter des taux de pertes récupérables différentes. Les caractéristiques principales d'un réseau sont :

•Ses pertes (en W/K), liées aux caractéristiques d’isolation, de dimension, de localisation (volume chauffé ou non),

•Sa température de distribution,

•Les caractéristiques de puissance absorbée de régulation des auxiliaires de distribution.

La génération du chauffage et/ou du refroidissement

La génération regroupe l'ensemble des dispositifs de stockage, de génération et de composants amont à la génération (énergie renouvelable, tours de refroidissement, boucle primaire, …). Les systèmes de génération peuvent être constitués d'un ou de plusieurs générateurs, et alimenter un ou plusieurs bâtiments.

Compte tenu de la multiplicité des générateurs, il n’est pas possible de définir une liste exhaustive des données d’entrée de la méthode. On peut cependant retenir les points suivants :

•Fonction du générateur (chauffage, refroidissement, …)

•Caractéristiques intrinsèques du générateur : puissance nominale et efficacité énergétique.

•Caractéristiques de gestion régulation de la génération (limites de température de fonctionnement, régulation sur une température de distribution fixe ou moyenne, …)

•Caractéristiques de puissance absorbée et de régulation des auxiliaires

2.3.12 L’EAU CHAUDE SANITAIRE

Emetteurs

Les émetteurs sont les dispositifs finaux de fourniture d'eau chaude sanitaire (robinets, mitigeurs) qui traduisent la transformation du besoin d'eau chaude sanitaire à une demande de couple quantité - température.

Les données d’entrée sont alors :

•les types d’appareil sanitaire installés

•la part des besoins d’eau chaude sanitaire assuré par les différents types d’émetteur

Génération et distribution

La caractérisation du système de production et de distribution de l’ECS est identique aux systèmes de chauffage et de refroidissement.

Les ballons de stockage

Les ballons de stockage sont caractérisés par :

•Leurs caractéristiques dimensionnelles (volume)

•Les pertes thermiques associées à leur fonctionnement fonction du niveau d’isolation du stockage et de la température de stockage

•La gestion associée aux générateurs assurant la production d’eau chaude

Les systèmes de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire peuvent être couplés à un système d’appoint, qui est alors être pris en compte conformément à la présente méthode. Ils peuvent également être couplés à un système ne produisant de la chaleur qu’en « secours », qui ne sont alors pas pris en compte dans la présente méthode. Les systèmes de chauffage ou de production d’eau chaude sanitaire considérés comme du secours au sens du présent arrêté sont des systèmes qui ne sont pas nécessaires au bon fonctionnement du chauffage ou de la production d’eau chaude sanitaire en conditions normales d’utilisation, pour lesquels toute mise en fonctionnement ne peut être réalisée que par une action manuelle des occupants, à proximité immédiate du système de chauffage et qui sont automatiquement mis à l’arrêt au plus tard 12H après la dernière action manuelle.

2.3.13 L’ECLAIRAGE ARTIFICIEL

Le but de la méthode de calcul est ici de permettre la prise en compte des consommations liée aux différents systèmes d’éclairage artificiels implantés dans les locaux du bâtiment soumis à laréglementation thermique (y compris l’éclairage des parties communes des logements collectifs de manière entièrement conventionnelle).

Il est ici fait référence à l’éclairage dit immobilier (éclairage général et opposable) mais l’éclairage dit mobilier (apporté après construction) peut être pris en compte si sa présence est jugée nécessaire compte tenu de la puissance et de l’efficacité lumineuse de l’éclairage immobilier.

Afin de permettre la prise en compte de différents modes de gestion et d’accès à l’éclairage naturel, la description des installations d’éclairage est faite selon une notion de local qui lui est propre (espaces ayant des caractéristiques d’éclairage naturel communes), différente de la notion de local lié aux scénarii d’occupation (espaces ayant des caractéristiques d’occupation communes).

Les données d’entrée concernent alors :

•La puissance installée pour l’éclairage des locaux

On distingue ici deux puissances : Pecl_tot est la puissance surfacique installée pour l’éclairage intérieur des locaux et Pecl_aux est la puissance surfacique des appareillages et des périphériques de gestion intégrés dans les luminaires ou associés à ces derniers (détecteurs de présence par exemple), lorsque les lampes sont éteintes.

•La part des locaux ayant accès à l’éclairage naturel.

•Les caractéristiques des systèmes de gestion de l’éclairage (type gestion de l’allumage et de l’extinction).

Il est à noter que le système d’éclairage (puissance installée, gestion) est conventionnel pour les bâtiments à usage d’habitation (maisons individuelles ou accolées et logements collectifs).

2.3.14 LA PRODUCTION D’ELECTRICITE

La production locale d’électricité dans la méthode de calcul peut être réalisée par une production à base de capteurs photovoltaïques et/ou par un appareil de micro-cogénération.

Concernant la micro-cogénération, elle est similaire sur de nombreux points aux autres générateurs de chaleur. On retrouve donc des données d’entrée similaires, notamment :

•Fonction du générateur (chauffage, eau chaude sanitaire)

•Type de combustible (fossile, biomasse) et de micro-cogénérateur (combustion interne, stirling, micro turbine)

•Caractéristiques intrinsèques du générateur : puissance nominale et efficacité énergétique des productions thermiques et électriques.

•Caractéristiques de gestion régulation de la génération (limites de température de fonctionnement, régulation sur une température de distribution fixe ou moyenne, …)

•Caractéristiques de puissance absorbée des auxiliaires.

La modélisation de la production d’électricité d’origine photovoltaïque nécessite de connaitre les caractéristiques des modules photovoltaïques et de l’onduleur associé :

•Les caractéristiques technologiques des modules (type de technologie)

•Les propriétés électriques des modules (puissance crête nominale, …)

•Les caractéristiques d’implantation (orientation, inclinaison, surface)

•Les caractéristiques de l’onduleur (rendement, puissance de sortie)

2.3.15 DONNEES D’ENTREE DE L’ACV POUR LES CONTRIBUTIONS CHANTIER ET EAU

Pour le calcul de la contribution aux impacts du chantier de construction, l’utilisateur de la méthode doit renseigner quelques paramètres relatifs au chantier. La liste de ces paramètres est détaillée dans la description de la méthode de calcul de cette contribution (voir 4.5).

Pour le calcul de la contribution aux impacts des consommations et rejets d’eau, l’utilisateur doit aussi renseigner quelques paramètres supplémentaires pour décrire les équipements consommateurs d’eau et les scénarios d’usage de l’eau de pluie, potentiellement, collectée. La liste de ces paramètres est détaillée dans la description de la méthode de calcul de cette contribution (voir 4.4).