Collection Recherche Développement Métier Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture
Sommaire 1. PREAMBULE ................................................................................................................................................................. 4 2. SYNTHESE ..................................................................................................................................................................... 5 3. INTRODUCTION ............................................................................................................................................................ 8 3.1. CADRE DE L’ETUDE ............................................................................................................................................................. 8 3.2. LIMITES DE L’ETUDE ............................................................................................................................................................ 9 3.3. INDICATEURS DE SORTIE .................................................................................................................................................. 10 3.4. CARACTERISTIQUES DES TOITURES ................................................................................................................................. 11 3.5. PROCEDES REFLECTIFS ET VALEURS DE SRI .................................................................................................................. 12 3.6. DONNEES METEOROLOGIQUES ........................................................................................................................................ 13 4. BATIMENT INDUSTRIEL ............................................................................................................................................ 14 4.1. BATIMENT RETENU............................................................................................................................................................ 14 4.1.1. Caractéristiques générales ...................................................................................................................................... 14 4.1.2. Modélisation du bâtiment ......................................................................................................................................... 15 4.1.3. Prestations thermiques ............................................................................................................................................. 16 4.1.4. Consignes de températures ..................................................................................................................................... 17 4.1.5. Scénario d’occupation annuel ................................................................................................................................. 18 4.1.6. Apports internes ........................................................................................................................................................ 19 4.1.7. Inertie thermique ........................................................................................................................................................ 20 4.2. RESULTATS ....................................................................................................................................................................... 21 4.2.1. Besoins de chauffage ............................................................................................................................................... 22 4.2.2. Besoins de climatisation ........................................................................................................................................... 24 4.2.3. Bilan chauffage/climatisation ................................................................................................................................... 26 4.2.4. Confort d’été ............................................................................................................................................................... 28 4.3. CAS PARTICULIERS ........................................................................................................................................................... 32 4.3.1. Impact de l’isolation de la toiture ............................................................................................................................. 32 4.3.2. Impact de l’isolation du plancher bas ..................................................................................................................... 34 4.3.3. Impact de la ventilation naturelle ............................................................................................................................ 35 4.3.4. Impact de la surface du bâtiment ............................................................................................................................ 36 4.3.5. Fichier météo de Strasbourg ................................................................................................................................... 37 5. BATIMENTS COMMERCIAUX ................................................................................................................................... 41 5.1. BATIMENT RETENU............................................................................................................................................................ 41 5.1.1. Modélisation du bâtiment ......................................................................................................................................... 41 5.1.2. Prestations thermiques ............................................................................................................................................. 42 5.1.3. Consignes de températures ..................................................................................................................................... 43 5.1.4. Scénario d’occupation annuel ................................................................................................................................. 43 5.1.5. Apports internes ........................................................................................................................................................ 44 5.1.6. Inertie thermique ........................................................................................................................................................ 44 5.2. RESULTATS ....................................................................................................................................................................... 45 5.2.1. Besoins de chauffage ............................................................................................................................................... 46 5.2.2. Besoins de climatisation ........................................................................................................................................... 48 5.2.3. Bilan chauffage/climatisation ................................................................................................................................... 50 5.2.4. Confort d’été ............................................................................................................................................................... 52 5.3. CAS PARTICULIERS ........................................................................................................................................................... 56 5.3.1. Impact de l’isolation de la toiture ............................................................................................................................. 56 5.3.2. Impact de l’isolation du plancher bas ..................................................................................................................... 57 5.3.3. Impact de l’inertie du mobilier (rayonnage) ........................................................................................................... 58 5.3.4. Impact des apports internes .................................................................................................................................... 59 5.3.5. Impact de la surface du bâtiment ............................................................................................................................ 60 6. BATIMENT DE BUREAUX .......................................................................................................................................... 63 6.1. BATIMENT RETENU............................................................................................................................................................ 63 6.1.1. Modélisation du bâtiment ......................................................................................................................................... 63 6.1.2. Prestations thermiques ............................................................................................................................................. 64 6.1.3. Consignes de températures ..................................................................................................................................... 64 6.1.4. Scénario d’occupation annuel ................................................................................................................................. 65
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 3 6.1.5. Apports internes ........................................................................................................................................................ 66 6.1.6. Inertie thermique ........................................................................................................................................................ 66 6.2. RESULTATS ....................................................................................................................................................................... 67 6.2.1. Besoins de chauffage ............................................................................................................................................... 68 6.2.2. Besoins de climatisation ........................................................................................................................................... 69 6.2.3. Bilan chauffage/climatisation ................................................................................................................................... 70 6.2.4. Confort d’été ............................................................................................................................................................... 73 7. BATIMENT DE LOGEMENTS COLLECTIFS ............................................................................................................ 75 7.1. BATIMENT RETENU............................................................................................................................................................ 75 7.1.1. Modélisation du bâtiment ......................................................................................................................................... 75 7.1.2. Prestations thermiques ............................................................................................................................................. 76 7.1.3. Consignes de températures ..................................................................................................................................... 76 7.1.4. Scénario d’occupation annuel ................................................................................................................................. 77 7.1.5. Apports internes ........................................................................................................................................................ 77 7.2. RESULTATS ....................................................................................................................................................................... 78 7.2.1. Besoins de chauffage ............................................................................................................................................... 79 7.2.2. Bilan chauffage/climatisation ................................................................................................................................... 81 7.2.3. Confort d’été ............................................................................................................................................................... 83 7.3. VARIANTE : TOITURE EN COUVERTURE ZINC .................................................................................................................... 85 7.3.1. Bilan chauffage/climatisation ................................................................................................................................... 86 7.3.2. Confort d’été ............................................................................................................................................................... 88
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 4 1. Préambule Dans un contexte de réchauffement climatique et de hausse des épisodes de canicule, la question du confort d’été et des économies d’énergie devient de plus en plus préoccupante. Les procédés réflectifs de toiture, également appelés « cool roof », sont de plus en plus mis en avant par les professionnels : • Les procédés d’étanchéité réflectifs de couleur claire (membranes bitumineuses, membranes synthétiques, S.E.L.), • Les peintures réflectives. La CSFE[1], l’UPMF[2] et l’UMGCCP[3] ont commandé une étude spécifique au bureau d’études thermiques Pouget Consultants. La FFB a financé cette étude dans le cadre de la collection « programme recherche développement métier FFB. Cette étude porte sur les températures et niveaux de confort dans le bâtiment et ne porte pas sur l’impact des procédés réflectifs sur le phénomène d’îlot de chaleur urbain à l’échelle d’un quartier. Elle apporte des données objectives sur un large périmètre d’analyse en France métropolitaine. Les paramètres étudiés sont les suivants : • Le type de bâtiment : neuf (isolé), existant (peu isolé) ou réhabilité (amélioration de l’isolation de la toiture uniquement) ; • Le type d’usage du bâtiment : industriel, commercial [4], immeuble de bureaux, logements collectifs ; • Le type de support de toiture : Tôle d’acier nervurées pour les bâtiments commerciaux et industriels, béton pour les bureaux et logements ; • La situation géographique du bâtiment : Nantes, Paris, Marseille, Strasbourg (pour certains cas) • Le niveau de réflectivité du revêtement : SRI[5] variant de 5 à 115, indépendamment du type de procédé réflectif mis en œuvre ; • Le type de climat : contemporain ou projection climatique à 2050 ; • L’impact de l’isolation thermique de la toiture, du plancher bas, de la ventilation naturelle et de la surface du bâtiment. Les résultats de cette étude sont à prendre en compte avec les précautions suivantes : ➢ Les conclusions ne peuvent pas être généralisées à tous les types de bâtiments. Les gains thermiques, personnalisés à chaque configuration et localisation de bâtiment, ne peuvent être calculés que par un bureau d’études thermiques ou toute autre entité disposant de capacités d’études (MOA, architecte, entreprise…). ➢ La dégradation de la réflectivité due à l’encrassement de la toiture n’est pas prise en compte. Une étude est en cours de réalisation par le CSTB pour évaluer l’impact de l’encrassement sur la réflectivité de la toiture, avec ou sans entretien. ➢ D’autres leviers tels que l’isolation, les protections solaires motorisées ou automatisées (stores, volets…), la ventilation naturelle, l’aération nocturne, le rafraîchissement naturel (ex géocooling) ou la maîtrise des apports de chaleur interne ont également un impact possible sur l’amélioration du confort et des besoins thermiques des bâtiments. ➢ Les travaux de toiture doivent être réalisés par des professionnels formés, que ce soit pour la mise en œuvre des procédés réflectifs ou pour leur entretien annuel destiné à prévenir l’encrassement, et donc à préserver les propriétés réflectives du système. [1] CSFE : Chambre Syndicale Française de l’Etanchéité [2] UPMF : Union Professionnelle des Métiers de la Finition [3] UMGCCP : Union des Métiers du Génie Climatique, de la Couverture et de la Plomberie [4] Le bilan énergétique des bâtiments industriels et commerciaux ne considère pas les process (ex : chambre froide, vitrine réfrigérée...etc). [5] SRI : Indice de Réflectance Solaire
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 5 2. Synthèse L’étude montre que l’impact des procédés réflectifs en toiture est fortement dépendant de l’usage du bâtiment (industrie, commerce, logement, …), de ses propriétés thermiques initiales (niveaux d’isolation, inertie, …), des leviers de gestion du confort mobilisés (ventilation naturelle, gestion des occultations,…) et de son emplacement géographique. Chaque configuration est unique et les évaluations des gains éventuels liés à l’application de ces revêtements sont propres à chaque projet. Les conclusions de ce rapport ne sont donc valables uniquement pour les bâtiments étudiés lors de ces travaux. Dans le cas de bâtiment chauffés et refroidis, il est nécessaire de faire le bilan complet sur l’année. En effet suivant le niveau de prédominance du refroidissement sur le chauffage, l’impact global ne sera pas équivalent. Les tableaux proposés dans la synthèse donnent l’écart maximal entre un revêtement noir (SRI 5) et revêtement très réflectif (SRI 115). Besoins de refroidissement : impact positif sur l’ensemble du territoire Le tableau suivant présente l’impact, sur les besoins de refroidissement (kWh/m².an), de passer d’un SRI 5 à un SRI 115 pour les 4 usages de bâtiments et 3 fichiers météorologiques sur un climat contemporain : Evolution des besoins de refroidissement sur un climat contemporain (kWh/m².an) Procédé réflectif : SRI5 → SRI 115* Nantes Paris Marseille Industrie (Type entrepôt) Neuf - 2 - 2 - 4 Existant - 3 - 4 - 11 Existant - Toiture réhab. - 1 - 1 - 3 Commerces (Type supermarché) Neuf - 4 - 4 - 7 Existant - 8 - 8 - 20 Existant - Toiture réhab. -2 -2 - 6 Bureaux (1) Neuf - 1 - 1 - 3 Existant - 1,5 - 2 - 6 Existant - Toiture réhab. -0,5 - 0,5 - 2 Logements collectifs (1) Neuf x x -1 Existant x -1 -3 Existant - Toiture réhab. x x -2 * Ecarts présentés entre deux valeurs de SRI « extrêmes » (1) Gains annoncés uniquement pour le dernier niveau sous toiture. Pas d’impact pour les niveaux inférieurs x : besoins de référence peu significatifs pour évaluer un gain ➔ Une hausse de la réflectivité implique toujours une baisse des besoins de froid. ➔ Moins la toiture est isolée, plus l’impact des procédés réflectifs est important sur la baisse des besoins de froid, ➔ Les régions les plus chaudes (Marseille) présentent le gain le plus élevé, ➔ Les gains sont faibles ou peu significatifs pour les usages et régions avec très peu de besoins de froid (exemple : Nantes et Paris en logements collectifs), ➔ Les gains sont les plus importants pour le bâtiment de commerce de notre étude qui présente les besoins de froid les plus élevés, ➔ Pour les bâtiments à plusieurs niveaux (exemple : logements et bureaux étudiés), le revêtement en toiture a un impact uniquement sur le niveau sous la toiture, il n’y a pas d’impact sur les niveaux inférieurs. Si les bâtiments étaient uniquement climatisés et non chauffés, l’application d’un procédé réflectif peut s’avérer très bénéfique, notamment pour les configurations où les besoins de froid sont importants (commerces par exemple). Pour les bâtiments existants climatisés et non chauffés dont la toiture est peu isolée, le revêtement réflectif peut s’avérer aussi intéressant qu’une réhabilitation avec isolation (ce qui ne sera pas le cas sur un bilan thermique total dans le cas d’un bâtiment chauffé et refroidi). À la vue des résultats sur le bâtiment peu isolé, on peut estimer que les gains de besoins froids engendrés seraient supérieurs pour des bâtiments très peu ou pas isolé. Les bénéfices projetés sur un climat à horizon 2050 (RCP8.5) sont accentués et détaillés dans la suite du rapport.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 6 Bilan thermique (hiver/été) : impact variable au cas par cas Le tableau suivant présente l’impact sur le bilan thermique total (hiver et été) de passer d’un SRI 5 à un SRI 115 pour les 4 usages de bâtiments et 3 fichiers météorologiques sur un climat contemporain : Evolution des besoins totaux (chaud et froid) sur un climat contemporain (kWh/m².an) Procédé réflectif : SRI5 → SRI 115* Nantes Paris Marseille Industrie (Type entrepôt) Neuf - 1 -1,5 - 4 Existant 0 - 2 - 9 Existant - Toiture réhab. 0 - 0,5 - 3 Commerces (Type supermarché) Neuf - 3,5 - 3,5 - 6 Existant +0,5 - 2 - 13 Existant - Toiture réhab. / - 1 - 4 Bureaux (1) Neuf 0 0 -2 Existant +2 + 1 -3 Existant - Toiture réhab. +1 + 0,5 -1 Logements collectifs (1) Neuf +1 +0,5 -0,5 Existant +4 +3 0 Existant - Toiture réhab. +1,5 +1 0 * Ecarts présentés entre deux valeurs de SRI « extrêmes » (1) Gains annoncés uniquement pour le dernier niveau sous toiture. Pas d’impact pour les niveaux inférieurs Le bilan thermique entre les baisses des besoins de froid (climatisation) et les hausses des besoins de chauffage est variable suivant les configurations étudiées : ➔ Pour les bâtiments dont les besoins de chauffage représentent à minima 75% des besoins totaux (ex : bureaux à Paris et Nantes), l’application d’un procédé réflectif en toiture peut s’avérer défavorable, ➔ Pour les bâtiments dont les besoins de froids sont supérieurs à 30% des besoins totaux (bâtiments commerciaux par exemple), un revêtement réflectif s’avèrera positif sur le bilan global, ➔ Pour les régions chaudes (Marseille), quel que soit l’usage, le bilan sera toujours en faveur des procédés réflectifs, ➔ Pour les logements présentant une toiture légère (sans dalle béton), ces derniers sont plus sujets aux hausses de températures et apports solaires et l’application d’un procédé réflectif peut être intéressante dans certaines configurations, ➔ Pour les bâtiments à plusieurs niveaux (exemple : logements et bureaux), le revêtement en toiture a un impact uniquement sur le niveau sous la toiture, il n’y a pas d’impact sur les niveaux inférieurs. Les bénéfices projetés sur un climat à horizon 2050 (RCP8.5) sont accentués et détaillés dans la suite du rapport.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 7 Confort d’été : gains faibles à significatifs suivant les situations - Nombre d’heures supérieurs à 28°C en occupation Le tableau suivant présente l’impact sur les heures supérieurs à 28°C en occupation de passer d’un SRI 5 à un SRI 115 pour les 4 usages de bâtiments et 3 fichiers météorologiques sur un climat contemporain : Evolution des heures supérieures à 28C sur climat contemporain Procédé réflectif : SRI5 → SRI 115* Nantes Paris Marseille Industrie (Type entrepôt) Neuf x -140h - 80h Existant x -110h - 130h Existant - Toiture réhab. x - 40h - 50h Commerces (Type supermarché) Neuf - 440h - 280h -140h Existant -140 (1) - 330h - 225h Existant - Toiture réhab. -30 (1) - 145h - 90h Bureaux (2) Neuf - - - Existant - - - Existant - Toiture réhab. - - - Logements collectifs (2) Neuf x x -40h Existant x -10h -80h Existant - Toiture réhab. x -5h -30h * Ecarts présentés entre deux valeurs de SRI « extrêmes » (1) Gain annoncé est limité car les durées d’inconfort du projet de référence sont faibles → couverture totale des temps d’inconfort (2) Une ventilation naturelle par ouverture des fenêtres a été considéré pour ces résultats. Gains annoncés uniquement pour le dernier niveau sous toiture. Pas d’impact pour les niveaux inférieurs x : inconfort peu significatif pour évaluer un gain ➔ Impact 2 à 3 fois plus important pour le bâtiment commercial par rapport au bâtiment industriel modélisé (type entrepôt), ➔ Pour le bâtiment de bureaux dont la ventilation naturelle par ouverture des fenêtres en période d’occupation est prise en compte, l’impact de la modification du revêtement réflectif va être peu ou pas significatif. Dans une configuration où ce levier n’est pas possible (zone de bruit forte, mauvaise gestion de l’occupant), la modification du revêtement réflectif peut être bien plus intéressante, ➔ Pour les bâtiments résidentiels, le recours à une ventilation naturelle n’est pas possible en journée lorsque le logement est inoccupé. Les températures peuvent s’avérer plus élevés dans le logement au retour des occupants en fin de journée ce qui explique dans gains plus conséquents, notamment sur des régions plus chaudes. - Température opératives maximales (en occupation) Evolution des températures opératives maximales Procédé réflectif : SRI5 → SRI 115* Nantes Paris Marseille Industrie (Type entrepôt) Neuf -1,1 °C -1,1 °C -1,1 °C Existant -2,7 °C -2,8 °C -2,7 °C Existant - Toiture réhab. - 0,8 °C - 0,8 °C - 0,8 °C Commerces (Type supermarché) Neuf -0,8 °C -0,8 °C -0,9 °C Existant -2,7 °C -2,6 °C -2,5 °C Existant - Toiture réhab. - 0,7 °C - 0,8 °C - 0,7 °C Bureaux Neuf / Existant / Toiture réhab. / / / Logements collectifs Neuf / Existant / Toiture réhab. / / / La modification d’un revêtement sombre par un procédé réflectif, pour un bâtiment industriel ou commercial, peut présenter une réduction de la température opérative maximale de 3°C pour une toiture non isolée et de 1°C pour une toiture isolée. L’écart n’est pas significatif sur les usages bureaux ou résidentiels. A noter qu’il s’agit de la température ressentie par l’occupant et que ce n’est pas un gain sur la valeur moyenne d’une saison chaude.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 8 3. Introduction 3.1. Cadre de l’étude Le cadre global de cette étude est le suivant : • 4 usages de bâtiment : o Industrie (entrepôt de stockage) o Commerce (supermarché) o Bureaux o Logements collectifs • 3 niveaux de performances thermiques : o Neuf (niveau RT2012 ou RE2020) o Existant (peu isolé) o Réhabilité (amélioration de l’isolation de la toiture uniquement) • 6 fichiers météorologiques : 3 stations météorologiques x 2 types de climat o 3 stations météorologiques Paris / Nantes / Marseille o 2 types de climat : ▪ Climat moyen (moyenne 2000-2019) ▪ Projection 2050 (données moyennes suivant scénario RCP 8.5 du GIEC considérant un réchauffement global planétaire de +4°C) • 4 valeurs de SRI pour les procédés réflectifs : SRI5 / SRI40 / SRI80 / SRI115 L’ensemble de ces données sont précisées dans la suite du document.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 9 3.2. Limites de l’étude • Cas d’étude Pour la réalisation de cette étude, il a été nécessaire de figer le comportement thermique des bâtiments modélisés (apports internes, occupation, inertie du mobilier, ventilation mécanique et naturelle, gestion des occultations, …). Il s’agit donc de modèles numériques réalisés suivant des données spécifiques et qui ne permettent pas de généraliser les conclusions à tous les types de bâtiments. Les bâtiments industriels et commerciaux notamment ont presque autant de mode de fonctionnement qu’il existe de bâtiment. Par exemple un bâtiment industriel peut aussi bien être un bâtiment de stockage qu’un bâtiment intégrant des lignes de production avec de forts apports internes. Un bâtiment commercial peut être un magasin de prêt-à-porter, un hypermarché, un espace de vente automobile, … Pour chaque projet, les gains thermiques doivent donc être calculés par un BET, ou par toute autres entités (MOA, architecte, entreprise…) disposant de capacités d’étude nécessaires. • Vieillissement du procédé Cette étude ne prend pas en compte la dégradation de la réflectivité due à l’encrassement de la toiture. Une étude est en cours de réalisation par le CSTB pour évaluer l’impact de l’encrassement sur la réflectivité de la toiture, avec ou sans entretien. • Effet d’îlot de chaleur urbain (ICU) Les simulations sont réalisées à l’échelle du bâtiment uniquement. L’étude ne porte pas sur l’impact des procédés réflectifs sur l’effet d’îlots de chaleurs urbains.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 10 3.3. Indicateurs de sortie Pour chacun des cas étudiés, les données principales de sortie sont les suivantes : - Besoins de chauffage (kWh/m².an) : quantité d’énergie nécessaire au bâtiment pour atteindre les consignes de températures fixées sur la période de chauffage. Les besoins ne tiennent pas compte d’un système spécifique. Donnée exprimée en kWh et calculées sur une année. - Besoins de climatisation(kWh/m².an) : quantité d’énergie nécessaire au bâtiment pour atteindre les consignes de températures fixées sur la période de refroidissement. Les besoins ne tiennent pas compte d’un système spécifique. Donnée exprimée en kWh et calculées sur une année. - Evolution des températures opératives intérieures (°C) : les températures opératives correspondent aux températures ressenties par l’occupant. En simplifiant, il s’agit de la moyenne entre la température moyenne pondérée des surfaces du local et la température d’air intérieur. - Heures d’occupation supérieures à 28°C (heure) : indicateur de confort comptabilisé à chaque pas de temps horaire lorsque la température opérative dépasse un seuil de 28°C (en occupation uniquement) et sans prise en compte d’une solution de refroidissement. - Degrés-Heure (°C.h) : nouvel indicateur de confort intégré à la RE2020. Il s’agit de la somme des degrés ressentis audessus d’une température seuil de confort à chaque pas de temps horaire en occupation. Cet indicateur tient compte du confort adaptatif avec un seuil évolutif suivant les conditions de températures extérieurs des jours précédents. Ceci pour considérer la capacité de l’occupant à s’adapter aux périodes chaudes. Attention : les degrés-heures donnés par la suite ne sont pas comparables avec ceux issus d’un calcul réglementaire RE2020. Les DH de la RE2020 sont calculés avec un fichier météo caniculaire 2003, suivant des scénarios conventionnels d’usages et à l’échelle du bâtiment. Dans cette étude, les DH sont calculés suivant les fichiers météos initiaux, les scénarios spécifiques au modèle et à l’échelle du local. Sonde Local étudié Pour établir ces données de sorties, le modèle numérique considère une sonde (point de relevé des données) au centre du local. Les données de températures par exemple ne tiennent pas compte d’une potentielle stratification, notamment pour les grands volumes, il s’agit d’une valeur moyenne au local. Exemple de calcul DH sur une journée
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 11 3.4. Caractéristiques des toitures Trois procédés de toitures sont à l’étude : ➢ Bac métallique + Isolation + membrane d’étanchéité ➢ Couverture sèche en bac acier ➢ Toiture terrasse : dalle béton + isolation + membrane d’étanchéité Composition de la toiture (extérieur vers intérieur) Revêtement d’étanchéité bi-couche Panneau isolant laine de roche Version peu isolée : 60 mm – Th 36 Version isolée : 200mm – Th 36 Prise en compte des éléments de fixation (ΔU=0,03W/m².K) Pare-vapeur Tôle d’acier nervurée Composition de la toiture (extérieur vers intérieur) Tôle d’acier nervurée Lame d’air ventilée (cas de toiture froide) Panneau isolant laine de roche Version peu isolée : 50 mm – Th 36 Version isolée : 200mm – Th 36 Composition de la toiture (extérieur vers intérieur) Revêtement d’étanchéité bi-couche Panneau d’isolation polyuréthane Version peu isolée : 60 mm – λ=0,022 W/m/K Version isolée : 160mm à 200mm – λ=0,022 W/m/K Dalle béton – 200mm Exemple de toiture froide
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 12 3.5. Procédés réflectifs et valeurs de SRI Les revêtements réflectifs sont communément caractérisés par leur indice SRI (Solar Reflectance Index). Cet indicateur est dépendant de deux propriétés thermiques : - Réflectivité solaire : part du rayonnement solaire réfléchi - Emissivité thermique : capacité d’un matériau à absorber et émettre la chaleur par rayonnement infrarouge L’indice de réflectance solaire (SRI) est calculé conformément à la norme ASTM E 1980-0. Pour simplifier, une valeur de SRI de 0 correspondrait à un procédé noir et une valeur d’un SRI plus proche de 100 correspondrait à un procédé blanc. Dans le cadre de notre étude, nous avons fixé quatre valeurs de SRI dont les propriétés thermiques sont les suivantes : Réflectivité (-) Emissivité (-) SRI Base 0,09 0,90 5 V1 0,38 0,85 40 V2 0,66 0,90 80 V3 0,91 0,87 115 Par simplification dans la suite de l’étude, nous communiquerons principalement en valeur de SRI.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 13 3.6. Données météorologiques Dans le cadre de cette étude, nous avons retenu 6 fichiers métréoolgiques représentant 3 zones climatiques distinctes. Les données météorologiques utilisées pour effectuer les différentes simulations sont celles issues de la base de données météonorm. Les caractéristiques de ces stations sont les suivantes : Températures DJU Ensoleillement global horizontal (kWh/m²) Minimale Maximale Moyenne Chaud (18°C) Froid (18°C) Période chauffage (15 oct. au 15 avril) Période clim. (16 avril. au 14 oct.) Nantes Moyenne 2000 à 2019 -4,5°C 34,0°C 12,5°C 2205 276 351 971 Prévisions GIEC à 2050 (RCP 8.5) -3,4°C 35,5°C 14,0°C 1822 414 368 1011 Paris Moyenne 2000 à 2019 -4,3°C 34,0°C 12,7°C 2217 314 304 857 Prévisions GIEC à 2050 (RCP 8.5) -3,0°C 36,6°C 14,5°C 1843 594 312 911 Marseille Moyenne 2000 à 2019 -3,3°C 36,2°C 15,8°C 1543 820 485 1133 Prévisions GIEC à 2050 (RCP 8.5) -2,0°C 38,7°C 17,6°C 1265 1186 499 1146 Prévisions GIEC RCP 8.5 : scénario prévisionnel du GIEC le plus pessimiste dans notre capacité à réduire nos émissions de gaz à effet de serre avec probabilité d’une hausse des températures de 4°C à horizon 2100 (8.5 = forçage radiatif de 8.5 W/m²) DJU (Degrés Jours Unifiés) : somme des différences entre la température extérieure une température de référence. Valeur permettant de comparer les climats les uns avec les autres. Plus les DJU sont élevés, plus le climat est rigoureux. Nom Nantes Altitude 26 m Longitude 1° 36' 0"O Latitude 47° 10' 12"N Nom Paris Altitude 75 m Longitude 2° 19' 48"E Latitude 48° 49' 12"N Nom Marseille Altitude 6 m Longitude 5° 13' 12"E Latitude 43° 25' 48"N H1a H3 Paris (Montsouris) Marseille Nantes H2b H1b H1c H2a H2c
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 14 4. Bâtiment industriel 4.1. Bâtiment retenu 4.1.1. Caractéristiques générales * les systèmes énergétiques ne sont pas modélisés Bâtiment industriel – Petite surface Surface SU Activité : 2065 m² SU Bureaux : 835 m² Hauteur sous plafond 8,4 m Prestations thermiques Paragraphe suivant Equipements techniques Chauffage / Refroidissement / ECS : RAS* Ventilation : simple flux auto pour les sanitaires / ventilation naturelle pour la zone industrielle Eclairage : 8W/m² - gestion non fractionnée – gestion manuelle
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 15 4.1.2. Modélisation du bâtiment Ci-dessous la modélisation 3D du bâtiment présentée suivant différentes orientations Le zonage est défini comme suit : Surface au sol Volume brute Entrepôt 1950 m² 14 468 m3 Bureaux 743 m² 529 m3 Accueils 182 m² 814 m3 Divers (WC, circulations, …) 184 m² 820 m3 Façade Nord Façade Sud Niveau RDC Niveau R+1 Entrepôt Bureaux Accueils
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 16 4.1.3. Prestations thermiques Neuf Existant Murs sur extérieur Façade double peau Isolation laine de verre (130mm Th32 – R=4 m².K/W) Bardage métallique Façade double peau Isolation laine de verre (60mm Th36 - R=1,7 m².K/W) Bardage métallique Plancher bas sur terre-plein Dalle béton non isolée Toiture Bac métallique + Isolation LDR (200mm Th36 – R=5,5 m².K/W ) + membrane d’étanchéité Bac métallique + Isolation LDR (60mm Th36 – R=1,7 m².K/W ) + membrane d’étanchéité Porte Porte sectionnelle (U = 1,12 W/m².K) Porte sectionnelle (U = 2,50 W/m².K) Lanterneau Urc = 2,5 W/m².K Perméabilité à l’air 1,7 m3/h.m² 3,0 m3/h.m²
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 17 4.1.4. Consignes de températures Les besoins de chauffage et de refroidissement sont calculés pour maintenir les consignes de température suivantes : Consignes de températures Zone Industrie Bureaux Chauffage Occupation 15°C 19°C Inoccupation (≤ 48 heures) 7°C 16°C Absence prolongée (>48 heures) 7°C 7°C Refroidissement Occupation 26°C 26°C Inoccupation (≤ 48 heures) 30°C 30°C Absence prolongée (>48 heures) - -
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 18 4.1.5. Scénario d’occupation annuel • Taux d’occupation • Scénario annuel Occupation hebdomadaire : o Bureaux → lundi à vendredi : 8h-18h o Industriel → lundi à samedi : 8h-18h Taux d’occupation Bureaux 0,10 occ. /m² (RE2020) Industrie (8h-18h) 0,05 occ. /m² (RT2012) Semaine normale
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 19 4.1.6. Apports internes • Eclairage • Divers équipements Les apports internes liés aux équipements (bureautique, équipements industriels, …) peuvent représenter une part importante et sur un usage industriel, ceux-ci peuvent être très variables d’un projet à un autre. En première approche, nous nous sommes référés aux hypothèses considérées dans la RE2020 : Eclairage Zone Industrie Bureaux Puissance installée 8 W/m² 6 W/m² Niveau d’éclairement mini (0,90 m) 150 lux 300 lux Gestion Interrupteur manuel marche/arrêt Gradation Gestion manuelle avec lumière du jour Apports internes (hypothèses RE2020) Zone Industrie Bureaux Occupation 2 W/m² 16 W/m² Inoccupation 0 W/m 1,6 W/m²
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 20 4.1.7. Inertie thermique Un facteur impactant dans le comportement thermique de ce type de bâtiment est l’inertie thermique des éléments de stockage entreposés. En effet les bâtiments commerciaux et industriels peuvent présenter cette particularité de stocker une masse thermique importante et potentiellement variable en termes de quantité et de propriétés thermiques. Le tableau ci-dessous donne quelques exemples de propriétés thermiques suivant différents éléments possibles de stockage : Capacité thermique (J/kg.k) Masse volumique (kg/m3) Liquide (eau) 4180 1000 Isolation (Laine de roche) 1030 25 PVC 1300 20 Autres éléments à définir … … En première approche, avons considéré l’inertie suivante pour le mobilier des différentes zones : Inertie mobilier Entrepôt 100 Wh/K/m2 Bureaux 1 Wh/K/m3 Accueils 1 Wh/K/m3 Divers (WC, circulations, …) 1 Wh/K/m3
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 21 4.2. Résultats Les tableaux suivants présentent les résultats initiaux pour les deux niveaux de prestations thermiques (neuf et existant) ainsi que pour les 6 fichiers météorologiques étudiés : Prestations thermiques : Neuf Procédé réflectif : SRI 5 Besoins de chauffage (kWh/m².an) Besoins de refroidissement (kWh/m².an) DegrésHeures (°C.h) Heures >28°C (occupation) T°C max Nantes Contemporain 1,8 2,2 3,6 19 28,6 2050 0,8 6,0 270 390 29,8 Paris Contemporain 2,5 3,9 133 197 30,3 2050 1,0 9,9 1280 637 32,0 Marseille Contemporain 0,7 17,4 2519 752 33,8 2050 0,2 26,0 4510 1005 36,4 Pour des prestations thermiques performantes (niveau équivalent RE2020), on note à l’état initial : o Besoins de chauffage : les besoins de chauffage pour l’espace entrepôt sont relativement faibles du fait de bonnes prestations thermiques et de consignes de température de 15°C en occupation et 7°C en inoccupation. Ces besoins sont réduits de plus de 50% sur une projection climatique à horizon 2050. o Besoins de climatisation : pour l’ensemble des stations météorologiques, les besoins de climatisation sont supérieurs aux besoins de chauffage (écart fortement accentué en 2050). Prestations thermiques : Existant Procédé réflectif : SRI 5 Besoins de chauffage (kWh/m².an) Besoins de refroidissement (kWh/m².an) DegrésHeures (°C.h) Heures >28°C (occupation) T°C max Nantes Contemporain 11,2 2,2 3 8 28,9 2050 6,9 7,0 126 220 30,1 Paris Contemporain 12,8 4,5 97 111 30,9 2050 8,1 13,2 1030 550 32,7 Marseille Contemporain 6,0 23,6 2179 663 34,2 2050 3,1 36,5 3981 863 36,9 Pour des prestations thermiques réduites (bâtiment existant), on note à l’état initial : o Besoins de chauffage : les besoins de chauffage sont supérieurs aux besoins de refroidissement pour les villes de Paris et Nantes sur un climat contemporain. La balance s’inverse pour un climat 2050. Les écarts avec des prestations thermiques performantes sont très significatifs, les besoins sont 5 à 8 fois supérieurs. o Besoins de climatisation : les besoins de climatisation apparaissent plus importants par rapport au cas avec des prestations thermiques performantes. Une fois la consigne de refroidissement atteinte dans le bâtiment, celle-ci est mieux maitrisée et conservée du fait d’une bonne enveloppe thermique. o Degrés-Heures et nombre d’heures supérieurs à 28°C : une plus faible enveloppe thermique permet d’évacuer plus facilement la chaleur en période nocturne notamment. Pour le bâtiment plus performant thermiquement, si les températures intérieures ne sont pas maitrisées (sans climatisation), il va prendre plus de temps pour que les températures redescendent.
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 22 4.2.1. Besoins de chauffage Les graphiques ci-dessous présentent les besoins de chauffage sur les trois stations météorologiques et les deux niveaux d’isolation suivant chacun des SRI étudiés : On observe une augmentation des besoins de chauffage avec l’augmentation de la réflectivité des toitures pour les trois zones climatiques étudiées : o Bâtiment neuf : +0,05 à +0,1 kWh/m² par palier de SRI o Bâtiment existant : +0,5 à +0,7 kWh/m² par palier de SR o Bâtiment existant + toiture réhabilitée : +0,1 à +0,2 kWh/m² par palier de SRI ➔ L’impact du procédé réflectif sur les besoins de chauffage est beaucoup plus significatif dans le cas d’un bâtiment et d’une toiture faiblement isolés qui réagit plus facilement aux apports solaires. Les gains en valeur absolue sont sensiblement équivalent pour chacune des zones climatiques, seul l’écart relatif varie réellement. Le tableau suivant donne les écarts sur les besoins de chauffage pour passer d’un SRI5 à un SRI115 ainsi que d’un SRI40 à un SRI115 : Evolution des besoins de chauffage suivant deux niveaux de SRI – Climat contemporain SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf +0,3 kWh/m².an (+16%) +0,2 kWh/m².an (+8%) +0,2 kWh/m².an (+27%) Existant +2,1 kWh/m².an (+19%) +1,6 kWh/m².an (+13%) +1,9 kWh/m².an (+31%) Existant (Toiture réhabilitée) +0,5 kWh/m².an (+7%) +0,5 kWh/m².an (+7%) +0,4 kWh/m².an (+12%) SRI 40 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf +0,2 kWh/m².an (+10%) +0,1 kWh/m².an (+5%) +0,1 kWh/m².an (+16%) Existant +1,4 kWh/m².an (+12%) +1,1 kWh/m².an (+8%) +1,3 kWh/m².an (+19%) Existant (Toiture réhabilitée) +0,3 kWh/m².an (+5%) +0,4 kWh/m².an (+5%) +0,3 kWh/m².an (+8%) 1,8 2,5 0,7 11,2 12,8 6,0 6,9 7,8 3,6 1,9 2,6 0,7 11,8 13,8 6,6 7,1 8,0 3,7 2,0 2,7 0,8 12,6 14,8 7,3 7,2 8,1 3,9 2,1 2,7 0,9 13,3 15,8 7,9 7,4 8,3 4,0 0,0 2,0 4,0 6,0 8,0 10,0 12,0 14,0 16,0 18,0 Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Neuf Existant Existant + TT Réhab BESOINS DE CLIMATISATION (KWH/M².AN) Climat contemporain - Besoins de chauffage (kWh/m².an) SRI 5 SRI 40 SRI 80 SRI 115
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 23 Pour la projection climatique 2050 : Pour une projection climatique à horizon 2050, on note une augmentation des besoins de chauffage plus faible que celle constatée sur un climat actuel : o Bâtiment neuf : +0,02 à +0,05 kWh/m² par palier de SRI o Bâtiment existant : +0,4 à +0,5 kWh/m² par palier de SRI o Bâtiment existant + toiture réhabilitée : +0,08 à +0,13 kWh/m² par palier de SRI Le tableau suivant donne les écarts sur les besoins de chauffage pour passer d’un SRI5 à un SRI115 ainsi que d’un SRI40 à un SRI115 : Evolution des besoins de chauffage suivant deux niveaux de SRI – Climat 2050 (RCP 8.5) SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf +0,1 kWh/m².an (+17%) +0,1 kWh/m².an (+11%) +0,1 kWh/m².an (+39%) Existant +1,5 kWh/m².an (+21%) +1,4 kWh/m².an (+17%) +1,3 kWh/m².an (+19%) Existant (Toiture réhabilitée) +0,4 kWh/m².an (+9%) +0,3 kWh/m².an (+7%) +0,2 kWh/m².an (+14%) SRI 40 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf +0,1 kWh/m².an (+11%) +0,1 kWh/m².an (+7%) +0,1 kWh/m².an (+24%) Existant +1,0 kWh/m².an (+13%) +0,9 kWh/m².an (+11%) +0,9 kWh/m².an (+25%) Existant (Toiture réhabilitée) +0,2 kWh/m².an (+6%) +0,2 kWh/m².an (+4%) +0,2 kWh/m².an (+9%) 0,8 1,0 0,2 6,9 8,1 3,1 3,9 4,5 1,7 0,8 1,0 0,2 7,4 8,5 3,5 4,0 4,6 1,8 0,8 1,1 0,2 7,9 9,0 4,0 4,1 4,7 1,9 0,9 1,1 0,3 8,4 9,5 4,4 4,2 4,8 2,0 0,0 1,0 2,0 3,0 4,0 5,0 6,0 7,0 8,0 9,0 10,0 Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Neuf Existant Existant + TT Réhab BESOINS DE CLIMATISATION (KWH/M².AN) Climat 2050 (RCP 8.5) - Besoins de chauffage (kWh/m².an) SRI 5 SRI 40 SRI 80 SRI 115
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 24 4.2.2. Besoins de climatisation Les graphiques ci-dessous présentent les besoins de climatisation sur les trois stations météorologiques et les deux niveaux d’isolation suivant chacun des SRI étudiés : Le tableau suivant donne les écarts sur les besoins de climatisation pour passer d’un SRI5 à un SRI115 ainsi que d’un SRI40 à un SRI115 : Evolution des besoins de climatisation suivant deux niveaux de SRI – Climat contemporain SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -1,5 kWh/m².an (-70%) -1,7 kWh/m².an (-45%) -4,0 kWh/m².an (-23%) Existant -2,2 kWh/m².an (-100%) -3,8 kWh/m².an (-84%) -11,3 kWh/m².an (-48%) Existant (Toiture réhabilitée) -0,5 kWh/m².an (-83%) -1,1 kWh/m².an (-48%) -3,1 kWh/m².an (-19%) SRI 40 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -0,9 kWh/m².an (-60%) -1,1 kWh/m².an (-34%) -2,6 kWh/m².an (-23%) Existant -0,8 kWh/m².an (-100%) -2,1 kWh/m².an (-75%) -7,0 kWh/m².an (-36%) Existant (Toiture réhabilitée) -0,2 kWh/m².an (-71%) -0,7 kWh/m².an (-36%) -2,0 kWh/m².an (-13%) Le gain annoncé est limité par les faibles besoins du projet de référence → couverture totale des besoins (100%) 2,2 3,9 17,4 2,2 4,5 23,6 0,6 2,3 16,1 1,6 3,2 16,0 0,8 2,8 19,3 0,3 1,9 15,0 1,0 2,6 14,6 0,2 1,4 15,5 0,2 1,5 13,9 0,6 2,1 13,4 0,0 0,7 12,3 0,1 1,2 13,0 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Neuf Existant Existant + TT Réhab BESOINS DE CHAUFFAGE (KWH/M².AN) Climat contemporain - Besoins de climatisation (kWh/m².an) SRI 5 SRI 40 SRI 80 SRI 115
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 25 Pour la projection climatique 2050 : Le tableau suivant donne les écarts sur les besoins de climatisation pour passer d’un SRI5 à un SRI115 ainsi que d’un SRI40 à un SRI115 : Evolution des besoins de climatisation suivant deux niveaux de SRI – Climat 2050 (RCP 8.5) SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -2,5 kWh/m².an (-41%) -2,7 kWh/m².an (-27%) -4,5 kWh/m².an (-17%) Existant -6,2 kWh/m².an (-89%) -7,8 kWh/m².an (-59%) -14,2 kWh/m².an (-39%) Existant (Toiture réhabilitée) -1,8 kWh/m².an (-50%) -2,2 kWh/m².an (-26%) -4,0 kWh/m².an (-15%) SRI 40 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -1,6 kWh/m².an (-31%) -1,7 kWh/m².an (-19%) -2,9 kWh/m².an (-12%) Existant -3,7 kWh/m².an (-82%) -4,9 kWh/m².an (-47%) -9,1 kWh/m².an (-29%) Existant (Toiture réhabilitée) -1,1 kWh/m².an (-39%) -1,4 kWh/m².an (-18%) -2,6 kWh/m².an (-10%) 6,0 9,9 26,0 7,0 13,2 36,5 3,6 8,6 26,2 5,1 8,9 24,4 4,4 10,3 31,4 3,0 7,8 24,7 4,2 8,0 22,8 2,2 7,7 26,4 2,3 7,1 23,3 3,5 7,2 21,5 0,8 5,4 22,2 1,8 6,4 22,1 0,0 5,0 10,0 15,0 20,0 25,0 30,0 35,0 40,0 Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Nantes Paris Marseille Neuf Existant Existant + TT Réhab BESOINS DE CHAUFFAGE (KWH/M².AN) Climat 2050 (RCP 8.5) - Besoins de climatisation (kWh/m².an) SRI 5 SRI 40 SRI 80 SRI 115
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 26 4.2.3. Bilan chauffage/climatisation Les graphiques suivants présentent les bilans des besoins de chauffage et de refroidissement suivant la performance thermique du bâtiment (Neuf, Existant, Existant + toiture isolée) et les revêtements appliqués : Pour un climat contemporain, on note que pour l’ensemble des configurations, le remplacement d’un revêtement sombre en toiture par un procédé réflectif est positif sur le bilan chauffage/refroidissement pour le bâtiment industriel étudié. L’impact est le plus important pour des toitures peu/pas isolées et sur des régions chaudes (ex : Marseille). Evolution du bilan chauffage/climatisation – Bâtiment industriel – Climat contemporain SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -1,3 kWh/m².an (-31%) -1,5 kWh/m².an (-24%) -3,8 kWh/m².an (-21%) Existant -0,1 kWh/m².an (-1%) -2,2 kWh/m².an (-12%) -9,4 kWh/m².an (-32%) Existant (Toiture réhabilitée) +0,0 kWh/m².an (+0%) -0,6 kWh/m².an (-6%) -2,7 kWh/m².an (-14%)
Etude d’impact des procédés réflectifs de toiture 18 juin 2024 27 Les graphiques ci-dessous sont ceux pour le climat 2050 (RCP 8.5) : Pour une projection climatique à horizon 2050, le constat réalisé précédemment est accentué avec des gains globaux sur l’année encore plus conséquents. Evolution du bilan chauffage/climatisation – Bâtiment industriel – Climat 2050 (RCP 8.5) SRI 5 → SRI 115 Nantes Paris Marseille Neuf -2,3 kWh/m².an (-35%) -2,5 kWh/m².an (-23%) -4,0 kWh/m².an (-22%) Existant -4,8 kWh/m².an (-34%) -6,4 kWh/m².an (-30%) -12,9 kWh/m².an (-33%) Existant (Toiture réhabilitée) -1,5 kWh/m².an (-19%) -1,9 kWh/m².an (-15%) -3,8 kWh/m².an (-14%)
RkJQdWJsaXNoZXIy MTY5NjE1OA==