Les enjeux énergétiques et environnementaux des bâtiments Prof. Dr. Ir. Jean-Marie HAUGLUSTAINE Université de Liège – Faculté des Sciences Département des Sciences et Gestion de l’Environnement EnergySuD - Energy and Sustainable Development Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 2 Sommaire Contexte ressources énergétiques prix de l’énergie consommation d’énergie primaire émissions de CO 2 Obligations réglementaires Améliorer la PEB d’un bâtiment La ventilation Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire La performance environnementale
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Les enjeux énergétiques et environnementaux des bâtiments€¦ · des logements : des produits État de l’art de l’isolation thermique dans l’enveloppe des bâtiments : -
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Les enjeux énergétiqueset environnementauxdes bâtimentsProf. Dr. Ir. Jean-Marie HAUGLUSTAINE
Université de Liège – Faculté des SciencesDépartement des Sciences et Gestion de l’EnvironnementEnergySuD - Energy and Sustainable Development
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable –Verviers – 19/11/12
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Sommaire
Contexteressources énergétiques
prix de l’énergie
consommation d’énergie primaire
émissions de CO2
Obligations réglementaires
Améliorer la PEB d’un bâtiment
La ventilation
Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire
La performance environnementale
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Les enjeux énergétiques…
En Europe, le secteur des bâtiments =42 % des consommations d’énergie(dont 70 % en chauffage et climatisation)
30 % des émissions de CO2
50 % du total des ressources naturelles exploitées
40 % des déchets produits
16 % des consommations en eau(soit 140 litres d’eau par personne et par jour)
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Prix de l’énergie
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Réchauffement climatique : scénario du GIEC…
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Émissions de CO2 :protocole de Kyoto
À ce jour :Objectifs non atteints, sauf pour un petit nombre de pays (Allemagne, Grande-Bretagne, Wallonie)
Il est indispensable d’associer un intéressement financier à la diminution d’émissions de CO2, applicable à chacun
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Potentialités de réductiond’émissions de CO2 (GIEC)
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Modes d’émissions de CO2
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Evolution des émissions de GES par secteur en Wallonie entre 1990 et 2004
Source : MRW – GDNRE DPA (Cellulaire Air)
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Sommaire
Contexte
Obligations réglementaires
Améliorer la PEB d’un bâtiment
La ventilation
Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire
La performance environnementale
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Améliorer l’efficacité énergétiquedes logements : des produits
État de l’artde l’isolation thermique dans l’enveloppe des bâtiments :- telle qu’actuellement réalisée dans les bâtiments construits dans la capitale de chaque pays,- appliquée à une petite maison de 8 x 12 m avec 20 % de superficie de murs occupée par des fenêtres (les ponts thermiques ne sont pas pris en considé-ration).En Belgique, l’appli-cation du niveau d’isolation thermique globale K55 conduit à obtenir un Umoyen de0,58 W/m2K pour cet exemple.
Sévérité : faible
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Exemple : « Optimisez votre maison »
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Exigences de la Directive :S’intéresse à tous les bâtiments : résidentiels, tertiaires, industriels
Méthode de calcul de la PEB (en énergie primaire)
Exigences minimales portant sur :la PE des bâtiments neufs(+ étude de faisabilité si > 1.000 m2 )
la PE des bâtiments existants(de + de 1.000 m2 et faisant l’objet d’une rénovation lourde)
Certification de la PE de tous les bâtiments (horizon 2009)
Inspection régulière des chaudières et des systèmes de climatisation
La Directive européenne 2002/91/CE (PEB)
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Critère : niveau conso énergie primairebâtiments résidentiels Ew
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Critère : niveau conso énergie primairebâtiments résidentiels Ew
Eprim,cons = conso annuelle d’énergie primaire estimée par calcul
Eprim,réf = conso d’énergie primaire de référence
Comparaison de la consommation d’énergie primaire de la maison telle que conçue avec une maison de référence :
de même géométrie avec les fenêtres réparties uniformément sur les façades avec une isolation thermique standard K45 avec des équipements standard (chauffage, ECS et ventilation)
sans coupure thermique 5,90 4,13 3,33 3,01 2,87 2,45
coupure 10 mm 3,36 3,37 2,56 2,25 2,11 1,69
coupure 20 mm 2,75 3,20 2,38 2,07 1,93 1,51
coupure 30 mm 2,53 3,16 2,31 2,00 1,86 1,44
PVC avec remplissage en PUR 0,81 2,81 1,89 1,53 1,37 0,92
Déperditions par les parois vitréesUmax paroi vitrée (châssis + vitrage) = 2,2 W/m2K et Umax vitrage = 1,3 W/m2K
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Améliorer les bâtiments existants ? : si non
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Hypothèses
En 2010 : conso du parc résidentiel wallon = 340 kWh/m²
Chaque année :- construction de 1,8 %de nouveaux bâtiments- conso des nouveaux bâtiments = 170 kWh/m² jusque 2012, puis 130, puis diminue jusque 0 dès 2021- démolition de 1 % des bâtiments existants.- aucune amélioration des bâtiments existants
En 2030, le parc résidentiel wallon :- = 120 % de celui de 2010- a une consommation moyenne de 272 kWh/m².
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Améliorer les bâtiments existants ? : si oui
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Energy consumption of residential buildings(with improvement of existing buildings: 2,32 %/yr)
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Old buildings
Chaque année :- construction de 1,8 % de nouveaux bâtiments- conso des nouveaux bâtiments = 170 kWh/m² jusque 2012, puis 130, puis diminue jusque 0 dès 2021- démolition de 1 % des bâtiments existants.- amélioration des bâtiments existants : conso diminue de 2,32 %/an
En 2030, le parc résidentiel wallon :- = 120 % de celui de 2010- a une consommation moyenne de 170 kWh/m².
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Certification PEBLe certificat PEB donne la PEB d’un bâtiment dans sa situation, sous la forme d’indicateurs numériques ou alphabétiques.
Le certificat est communiqué à l’acheteur ou au locataire potentiel.
Il sera toujours octroyé quels que soient les résultats (bons ou mauvais).
Il recommande, mais ne contraint pas à des améliorations.
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Fenêtres : double vitrage de faible épaisseurEx. : Colonial pour bâtiments historiques (Saint-Gobain Glass)
Ug, max = 1,3 W/m²K
Uw, max = 2,2 W/m²K
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Fenêtres : double vitrageThermobel (AGC Glass)
Depuis le 1/06/12 :Ug, max = 1,3 W/m²KUw, max = 2,2 W/m²K
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Fenêtres :calefeutrage
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Portes : calefeutrage
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Parement en maçonnerie protégeant l’isolationCe système revient à créer un mur creux :
Isolant posé contre le mur plein Fixé mécaniquement à la paroi à l’aide de crochets et rondelles
Mur de parement monté devant l’isolant en laissant un espace formant coulisse d’une épaisseur de 2 à 3 cmLe mur de parement est relié mécaniquement au mur porteur via les crochets
Murs isolés par l’extérieur : mur creux
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Panneaux d’isolation recouverts d’un enduit (ou enduit isolant)
Ce système comprend :Des panneaux de polystyrène, de laine minérale, de verre cellulaire ou de polyuréthane collés et/ou fixés mécaniquementau support
Un enduit de finition armé d’un treillis, synthétique ou métallique
Dans certains cas, ce treillis est partiellement incorporé dans l’isolant
Murs isolés par l’extérieur : crépi sur isolant
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Murs isolés par l’extérieur : crépi sur isolant
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Murs isolés par l’extérieur : crépi sur isolant
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Panneaux d’isolation protégés par un bardage rapporté
Ce système comprend :Une ossature bois ou métallique rapportée et fixée au support ancien (parfois en deux couches croisées) Un isolant thermique inséré entre ou sous les éléments de l’ossature Une lame d’air ventilée afin d’évacuer la condensation se formant au dos du bardage Un bardage constituant la “peau extérieure” (ardoises, lamelles métalliques ou plastiques, revêtements en bois, en zinc, en inox, etc.) fixé à l’ossature
Murs isolés par l’extérieur : bardage
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Panneaux d’isolation entre lattesCe système comprend :
Ossature (bois, métal, PVC) fixée mécaniquement au mur ou autoportante, et idéalement écartée de celui-ci par l’interposition d’une couche isolante
Panneaux d’isolation insérés entre l’ossature
Pare-vapeur ou freine-vapeurPar ex. : un film polyéthylène
Plaques de finitionPlaques de plâtre enrobé de carton
Murs isolés par l’intérieur : contre-mur
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Système avec enduitCe système comprend :
Panneaux d’isolation collés au mur, éventuellement fixés mécaniquement
panneaux suffisamment étanches à la vapeur d’eau (PUR, PS, PSE, verre cellulaire)
Enduit de plafonnage appliqué sur les panneaux, moyennant parfois l’interposition éventuelle d’une armature
Système parfois composé d’un isolant PUR directement projeté recouvert d’un enduit plafonné
Murs isolés par l’intérieur : panneaux collés
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Systèmes avec contre-murCe système comprend :
Élévation d’un contre-mur intérieur indépendant de la structure existante Panneaux d’isolation fixés à ce contre-mur, du côté de la coulisse entre les deux murs Coulisse, éventuellement ventilée par l’extérieur, entre le mur plein existant et les panneaux d’isolation Cette coulisse comporte en son pied un drainage vers l’extérieurFinition intérieure étanche à l’air
Murs isolés par l’intérieur : double mur
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Sollicitations thermiques avant / après…
Evolution de la température dans une paroi isolée par l’extérieur
Evolution de la température dans une paroi isolée par l’intérieur
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Planchers inférieurs
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Ponts thermiques ?
Règle 1 : Continuité de l’isolation thermique
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Ponts thermiques ?
Règle 1 : Continuité de l’isolation thermique
Ou règle 2 : Interposition d’un élément isolant
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Intersection entre le mur extérieur et le mur de refend (vue en plan)
Ponts thermiques ?
Règle 3 :Augmenter la longueur du chemin de moindre résistance
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Composition du mur extérieur existant et selon 2 options d’isolation thermiquepar l’intérieur : silicate de calcium (à g.) ou mousse de verre (à dr.)
Flux de vapeur d’eau ?Exemple : Rijksmuseum
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Rijksmuseum, Amsterdam
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Quantité de condensats, en situation existante (1),avec 2,5 cm silicate de calcium (2) ou avec 3 cm de mousse de verre
Flux de vapeur d’eau ?Exemple : Rijksmuseum
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Quantité et position des condensats, avec 2,5 cm de silicate de calcium
Flux de vapeur d’eau ?Exemple : Rijksmuseum
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Quantité et position des condensats, avec 3 cm de mousse de verre So
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Flux de vapeur d’eau ?Exemple : Rijksmuseum
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Sommaire
Contexte
Obligations réglementaires
Améliorer la PEB d’un bâtiment
La ventilation
Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire
La performance environnementale
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Pourquoiventiler ?
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 75
Pourquoi ventiler ?
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Pollution intérieure : humidité relative
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Pollution intérieure : CO2
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Quel système de ventilation ?
Les systèmes C et D mettent le bâtiment en légère dépression, ce qui réduit le flux de vapeur d’eau traversant les parois de l’enveloppe (cas en France, où le système C a été directement appliqué en complément de l’isolation thermique par l’intérieur)
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Système C+
o Le système C+ mesure le taux de « pollution » selon :
Une sonde vérifiant laprésence d’occupant(s)dans les locaux
Et/ou une sonde mesurantla concentration de CO2
Et/ou une sonde mesurantle taux d’humidité relative
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 80
Système C+
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Sommaire
Contexte
Obligations réglementaires
Améliorer la PEB d’un bâtiment
La ventilation
Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire
La performance environnementale
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 82
Pertesà l’émission
Pertes par régulation
Pertes par production Pertes par distribution
Améliorer le système de chauffage
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Pertes à laproduction
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Rendement des chaudières conformément à la Directive européenne 92/42/CEE(A.R. du 18/03/97)
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Énergies renouvelables : pompes à chaleur
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Énergies renouvelables : solaire thermique
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Énergies renouvelables : solaire photovoltaïque
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Énergies renouvelables : solaire photovoltaïque
Abbaye deVillers-la-Ville :
exercice graphique par Schüco
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 89
Sommaire
Contexte
Obligations réglementaires
Améliorer la PEB d’un bâtiment
La ventilation
Les systèmes de chauffage et d’eau chaude sanitaire
La performance environnementale
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 90
Les enjeux énergétiques…
En Europe, le secteur des bâtiments =42 % des consommations d’énergie(dont 70 % en chauffage et climatisation)
30 % des émissions de CO2
50 % du total des ressources naturelles exploitées
40 % des déchets produits
16 % des consommations en eau(soit 140 litres d’eau par personne et par jour)
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 91
Quelques outils / labels :En Allemagne : Passivhaus
En Suisse : MINERGIE
En France : HQE
etc.
En Belgique : VALIDEO, puis… Ref-b
Au Royaume Uni : BREEAM
Aux Etats-Unis : LEED
Au Canada, SB-TOOL
Au Japon : CASBEE
etc.
Évaluation de laqualité environnementale
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 92
Les programmes MINERGIE et PASSIVHAUS = uniquement axées sur l’énergie
MINERGIE 5 exigences : pour rationaliser la consommation d’énergie
tout en améliorant la qualité de vie
et en diminuant les impacts sur l’environnement
PASSIVHAUS Axé sur une valeur-cible de consommation d’énergie
Évaluation de laqualité environnementale
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 93
Minergie
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Comparatif des exigences MINERGIE et MINERGIE-P
SIA = société suisse des ingénieurs et des architectes = institut suisse de normalisation
Espace Universitaire de Verviers – Module Développement durable – Verviers – 19/11/12 95Comparatif des exigences MINERGIE et MINERGIE-P
SIA = société suisse des ingénieurs et des architectes= institut suisse de normalisation
SIA = normes suisses
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PASSIVHAUS (Allemagne)
Une maison passive présente :un besoin d’énergie pour le chauffage < 15 kWh/m² par an
Isolation thermique très performante :Uparois opaques 0,15 W/m²K, Umenuiserie extérieure et Uvitrage 0,8 W/m²K
Absence de ponts thermiques ψ 0,01 W/mK
des fenêtres (triple vitrage, facteur solaire 0,5) avec des protections solaires pour éviter la surchauffe en été
une puissance de pointe pour le chauffage de max. 10 W/m²
une perméabilité à l’air maîtrisée de l’enveloppeÉtanchéité à l’air de l’enveloppe n50 0,6 vol/h
un apport constant d’air frais Par un système de ventilation double flux avec récupération de chaleur (η 80%)
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PASSIVHAUS (Allemagne)
Une maison passive présente :une demande énergétique finale globale pour le chauffage, l’eau chaude et les équipements domestiques < 42 kWh/m² par an
une consommation totale en énergie primaire < 120 kWh/m²
La mise en œuvre de toutes ces mesures peut rendre superflu tout système centralisé de production de chaleur.
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BREEAM (U.K.)
BREEAM (Building Research Establishement Environmental
Assessment Method) :Initié en 1990 par l’organisation principale de recherche dans le secteur de la construction au Royaume-Uni, le BRE (Building Research Establishment)
Approche intégrée dans le processus de conception et dans toutes ses phases, qui permet l’estimation de la qualité environnementale d’un bâtiment
Méthode d'évaluation pour bâtiments neufs et existants
BREEAM couvre plusieurs secteurs du bâtiment :Bureaux
Maisons (label connu comme Ecohomes)
Industrie
Commerce
Écoles
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Évaluation dans les secteurs suivants :Gestion : gestion globale, commissioning sur le site de construction
Énergie : consommation d'énergie et émission de CO2
Confort et santé : qualité d'air intérieur et extérieur, confort visuel…
Transport : émission de GES liée à l'approvisionnement de matériaux lors de la construction
Utilisation du sol : espaces verts, espaces urbanisés
Écologie : aménagement du site, urbain, paysager, etc.
Pollution : de l’air, de l’eau
Matériaux : implication environnementale des matériaux de construction, cycle de vie
Consommation d'eau et efficacité des systèmes de captage, traitement…
La note globale du bâtiment est évaluée selon 4 échelles : passable, bon, très bon et excellent.
Le système de cotation environnementale est prédéterminé par un comité consultatif national (à travers un éventail d’acteurs professionnels et d’autres financiers au Royaume-Uni) et mis à jour régulièrement.
BREEAM (U.K.)
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ECOHOME est la version de BREEAM spécifique à l’habitation
BREEAM (U.K.)
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SBTool
Utilisable à chaque étape du projet
Adaptable à tout contexte régional ou national (utilisé partout dans le monde) :
Fonction de bâtiment
ClimatContexte réglementaire
Techniques de construction
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A Site Selection, Project Planning and Development
A1 Site SelectionA2 Project PlanningA3 Urban Design and Site Development
B Energy and Resource Consumption
B1 Total Life Cycle Non-Renewable EnergyB2 Electrical peak demand for facility operationsB3 Renewable EnergyB4 MaterialsB5 Potable Water
C Environmental Loadings
C1 Greenhouse Gas EmissionsC2 Other Atmospheric EmissionsC3 Solid WastesC4 Rainwater, Stormwater and WastewaterC5 Impacts on SiteC6 Other Local and Regional Impacts
D Indoor Environmental Quality
D1 Indoor Air QualityD2 VentilationD3 Air Temperature and Relative HumidityD4 Daylighting and IlluminationD5 Noise and Acoustics
E Service QualityE1 Safety and Security During OperationsE2 Functionality and efficiencyE3 ControllabilityE4 Flexibility and Adaptability
E5 Commissioning of facility systems
E6 Maintenance of Operating Performance
F Social and Economic aspectsF1 Social AspectsF2 Cost and Economics
G Cultural and Perceptual Aspects
G1 Culture & Heritage
G2 Perceptual
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SB-Tool
Adaptable au contexte local (réglementations, bonne pratique) = selon benchmarking donnant des points selon une règle de cotation continue, relativement à la performance obtenue pour chaque critère : 0 = exigence réglemenaire ou de bonne pratique
-1 = moins bon (par ex. bâtiments existants)
3 = bon
5 = « parfait » ou aussi bon que possible pratiquement
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Evaluation :1| Cotation pour chaque critère (applicable au projet) selon le résultat obtenu pour ce critère et selon l’échelle de référence
2| Moyenne pour chaque catégorie et sous-catégorie
1|
2|
SB-Tool appliqué au bâtiment Regain du BEP
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3| Valeur moyenne pour chaque thématique
3|
SB-Tool appliqué au bâtiment Regain du BEP
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4|
SB-Tool appliqué au bâtiment Regain du BEP
4| Performance environnementale globale résultant de la pondération des thématiques
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Relative performance results
0
1
2
3
4
5A
B
C
D
E
F
Affichage graphique : Graphe présentant les résultats
obtenus pour les catégories sélectionnées(Exemple: Total de 3,4)
A. Site
B. Energy and resources
C. Environmental loadings
D. Indoor environmental quality
E. Service quality
F. Social and economic aspects
(G. Cultural and perceptual aspects)
SB-Tool appliqué au bâtiment Regain du BEP
116 Max. potential low-level parameters: 118
3Active low-level
mandatory parameters:
10
Active Weights Weighted scores
A 8% 3.3
B 23% 2.3
C 27% 3.7
D 18% 3.4
E 16% 2.9
F 5% 2.9
G 3% 4.3
3.1
The number of active low-level mandatory parameters with a score of less than 3 is:
With current context and building data, thenumber of active low-level parameters is:
Site Selection, Project Planning and Development
Energy and Resource Consumption
Service Quality
Social and Economic aspects
This is a Renovation project with a total gross area of 7000 m2. It has an estimated lifespan of 75 years, and contains the following occupancies: Apartment and Retail and is located in Ottawa, Canada. The assessment is valid for the Design Phase.
Assumed life span is 75 years, and monetary units are in CD
Design target scores for Megaplex project, Ottawa, Canada
Predicted performance results based on information available during Design Phase
Project Information
Design PhaseActive Phase
(set in Region file)
Relative Performance Results
Amortization rate for embodied energy of existing materials is set at 2 %
To see a full list of Issues, Categories and Criteria, go to the Issues worksheet.
Design target scoresThe project contains 20 apartment units
Design Phase scores indicate Potential Performance as predicted by an assessment of building features and plans for construction and operation that are developed during the
design process.
Environmental Loadings
Indoor Environmental Quality
T o t a l w e I g h t e d b u i l d i n g s c o r e
Cultural and Perceptual Aspects
0
1
2
3
4
5A
B
C
DE
F
G
Performance Issue Areas
0 = Acceptable Practice; 3 = Good Practice; 5 = Best Practice
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Valideo (Belgique)
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Référentiel belge pour la labellisation et la certification des bâtiments durables www.ref-b.be
Thème 6. Matière : Évaluation du pourcentage de matériaux à contenu recyclé
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Ref-b.be
Thème 4. Mobilité :Évaluation de l’accessibilitédu bâtiment aux transports
en commun
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9 guides pratiques pour architectes (en cours de mise à jour), téléchargeables depuis http://energie.wallonie.be
Plus d’infos…
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Merci de votre attention
Jean-Marie HAUGLUSTAINEUniversité de Liège - Faculté des Sciences
Département des Scienceset Gestion de l’Environnement