La méthodologie de display

De Documentation Display en Français.

Version du 2 juillet 2008 à 14:22

La construction du poster Display® utilise un outil de calcul générant les informations écrites sur le poster Display®. Une description détaillée est fournie afin d’expliquer les hypothèses retenues, les valeurs caractéristiques utilisées et le système de classification employé . Une liste exhaustive des facteurs de conversion utilisés est présentée en annexe. La figure 14 détaille les différentes étapes qui conduisent aux différents ratios.

Figure 23 Structure de l'outil de calcul

Conversion de l’énergie finale en énergie primaire et calcul des taux d’émissions de CO2

Approche générale

Les données d’entrée de l’outil de calcul Display® sont les [consommations finales d’énergie]. Des facteurs de conversion sont utilisés pour calculer la consommation d’énergie primaire.

Les facteurs d’énergie utilisée cumulée sont appliqués dans le calcul de conversion. Ces facteurs prennent en compte la consommation totale d’[énergie primaire] liée à la création ou à l’utilisation d’un produit ou d’un service, incluant toutes les chaînes de pré production (Extraction + Transformation + Transport), mais sans l’énergie primaire utilisée comme matériaux comme le bois de construction d’un bâtiment ou le pétrole pour un matériel synthétique. De plus, l’énergie utilisée pour le dispositif (i.e énergie inerte contenue dans les matériaux) n’est pas prise en compte. Comme il n’y a pas d’abréviation courante ni en anglais ni en français, l’abréviation allemande KEV est utilisée dans ce guide de l’utilisateur.

Contrairement aux [facteurs d’énergie utilisée cumulée], les facteurs de demande d’énergie cumulée (DEC), définis dans le guide allemand VDI 4600, tiennent compte de la quantité d’énergie primaire utilisée en tant que matériau et qui se retrouve dans le pouvoir calorifique du produit. Ils prennent également en compte l’énergie d’entrée du dispositif.

L’institut allemand d’écologie appliquée (Öko-Institut) a développé un programme d’analyse du cycle de vie et une base de donnée appelée GEMIS. Ce programme calcule les facteurs d’énergie utilisée cumulée (KEV) pour une grande variété de sources d’énergie et de process de production énergétique.

En s’appuyant sur le fait que ces process sont liés à un service ou à un produit, le programme fourni également les émissions des différents gaz à effet de serre issues de la production ou de la consommation d’un produit. Ces émissions sont données en [équivalents CO2 par kWh] d’énergie. Comme ce facteur de conversion tient compte de l’ensemble des gaz à effet de serre émis durant la chaîne de transformation énergétique, il est également cumulatif. De plus, comme mentionné au chapitre 2, le terme émissions de CO2 est utilisé afin de permettre une simplification dans l’expression des émissions de gaz à effet de serre.

L’outil de calcul Display® utilise les facteurs de conversion issus du programme GEMIS, calculés à partir de différentes sources :

Les facteurs de conversion pour les sources d’énergie telles que le gaz, le fuel et le charbon proviennent de GEMIS version 4.14 réalisé par l’Institut de l’Habitat et de l’Environnement (IWU) de Darmstadt en Allemagne. Ces facteurs sont également utilisés pour la certification des bâtiments résidentiels développée par l’Agence Allemande de l’Energie (Dena).

Les facteurs de conversion pour le bois, la production d’eau chaude par des capteurs solaires thermiques et pour la production d’électricité par des panneaux solaires photovoltaïques sont issus de la base de donnée ProBas, qui est conduite sous l’égide du ministère de l’environnement allemand. Cette source de données fournie également les facteurs de conversion sur les mixes électriques nationaux.

Les facteurs de conversion utilisés pour le réseau de chauffage urbain sont par défaut ceux de la base GEMIS version 4.14. Une distinction est faite entre un réseau de chauffage produit à partir d’une cogénération ou non. Néanmoins, vous pouvez entrer vos propres facteurs de conversion pour l’énergie et pour les émissions de CO2 en spécifiant quel mixe énergétique est utilisé pour la production. Cette répartition de la nature de l’énergie consommée dans les centrales de production sert pour le calcul de la répartition entre les différentes sources d’énergie (Fossile, Nucléaire, Renouvelable).

Différents systèmes de frontières existent pour les facteurs de conversion utilisés : Pour le gaz, le fuel et le charbon, la frontière est le point de transfert du bâtiment incluant le générateur de chaleur.

Les facteurs de conversion pour le bois n’incluent pas le transport et le générateur de chaleur. Concernant l’ensemble des utilisations différentes de l’électricité, les facteurs de conversion sont basés sur la production électrique. Ils ne prennent pas en compte le transport de l’électricité et les procédés de transformation dans le bâtiment du consommateur.

Pour l’utilisation de capteurs solaires thermiques, le facteur de conversion tient compte de l’énergie entrée jusqu’au point de transfert de la chaleur à la sortie du système.

De plus, les autres systèmes nécessaires pour faire fonctionner le système de chauffage ne sont pas inclus. Les limites sont valables pour les facteurs de conversion d’énergie et pour les émissions de CO2.

Afin de pouvoir calculer la contribution des différentes sources d’énergie (Fossile, Nucléaire, Renouvelable), il est nécessaire de connaître la composition du mixe de production électrique national. L’étude mensuelle sur l’électricité de l’Agence Internationale de l’Energie (I.E.A) d’octobre 2003 sert actuellement de référence et sera actualisée prochainement.

Correction climatique locale

Comme la consommation énergétique d’un bâtiment dépend des conditions climatiques, et que ces conditions climatiques varient pour une même localité avec les années, les données de consommations doivent être corrigées avec le climat local. Cette correction est nécessaire afin de comparer les consommations d’un bâtiment au fur et à mesure des années.

Pour inclure un facteur de correction climatique dans les calculs, l’énergie finale qui est utilisée pour le chauffage est multipliée par le facteur de correction climatique local. Ainsi la consommation finale totale corrigée correspondant à une source d’énergie est alors multipliée par le facteur DEC ou KEV. Le résultat fourni la consommation d’énergie primaire corrigée.

Par conséquent, le facteur de correction climatique local simule la rigueur hivernale en augmentant la consommation énergétique du bâtiment lorsque l’hiver serait plus doux. (i.e celui-ci est supérieur à 1). Il est nécessaire de moyenner la consommation énergétique du bâtiment en fonction des conditions climatiques, afin de pouvoir comparer l’évolution des consommations sur plusieurs années et également de comparer au sein d’une ville uniquement les performances des bâtiments.

Le facteur de correction climatique local provient de la comparaison entre la moyenne des températures pour l’hiver de l’année de référence et la moyenne pour la période hivernale sur une période fixée par les pays (par exemple 30 ans pour la France, 20 ans pour l’Allemagne). Il est également possible de le calculer à partir des degrés jours : DJ moyen / DJ de l’année de référence.

Concernant le calcul, deux suppositions sont faites pour le cas où vous n’avez pas entré la contribution exacte d’une énergie dans la colonne chauffage (i.e seule la colonne totale est remplie):

• Dans le cas, où les données dans la colonne totale sont entrées pour l’électricité et pour d’autres énergies ou sources d’énergie (gaz, fuel, charbon, réseau de chaleur, bois), la quantité d’électricité est supposée ne pas servir au chauffage alors que la quantité des autres énergies est supposée être utilisée uniquement pour le chauffage. L’énergie solaire thermique est toujours liée au chauffage de l’eau.
  

• Si l’électricité et aucune autre énergie ou source d’énergie n’est entrée, 70% de la quantité entrée est supposée être utilisée pour le chauffage. Elle est donc corrigée par le facteur de correction climatique local. Le reste (30%) est considéré être utilisé pour toutes les autres applications.
  

Notez que la correction climatique mise en place dans l’outil de calcul Display® ne tient pas compte des différences climatiques entre deux zones géographiques différentes.

Néanmoins, il est nécessaire d’appliquer une classification spécifique pour chaque type de bâtiment et zone climatique afin de comparer les bâtiments situés dans des zones climatiques différentes. L’outil de calcul Display® utilise une classification identique pour l’ensemble des villes participantes afin de conserver une classification concise et claire. En appliquant une classification uniforme à l’ensemble des villes, les résultats montrent dans quels types de bâtiments des améliorations peuvent être effectuées.

Si les classifications nationales étaient utilisées, des bâtiments bien classés auparavant pourraient être déclassés plus sévèrement qu’avec cette classification uniforme. Par conséquent le schéma de classification Display® est un schéma dans lequel les classes hautes sont difficilement atteignables.

Consommation énergétique de nature non électrique

L’outil de calcul utilise automatiquement les facteurs DEC et KEV pour les sources d’énergie entrées telles pour que le gaz, le fuel, le charbon et le bois.

Si le bâtiment est équipé de capteurs solaires thermiques, la production d’eau chaude sera convertie en énergie primaire. Pour ce faire, il est supposé que le type de capteur solaire thermique est un capteur vitré plan.

Si une unité de cogénération est installée dans le bâtiment, l’outil de calcul suppose, actuellement, que l’unité est approvisionnée en gaz naturel, le fuel ou Biogaz .

En soustrayant la quantité de gaz consommée pour la production électrique, la quantité de gaz restante est multipliée par le facteur de correction climatique local bien que celle-ci puisse servir à chauffer l’eau (autre que pour le chauffage). Si la quantité de gaz consommée pour chauffer l’eau est négligeable, les variations entraînées par la correction climatique ne sont pas sensibles. Or, dans le cas où la demande en eau est très élevée, par exemple pour un bâtiment scolaire contenant une piscine ou un gymnase, ce procédé fausse la classification. Cette déficience de l’outil de calcul sera corrigée prochainement.

Concernant le réseau de chauffage urbain, l’outil de calcul utilise des facteurs standards appropriés au réseau de chauffage dont vous avez spécifiés la répartition des sources d’énergie, et si la production provient d’une cogénération ou pas). Si vous avez entré vos propres facteurs, l’équipe Display® vérifiera la validité de ces facteurs.

Consommation électrique

Depuis que les fournisseurs d’électricité se sont multipliés, les sources d’énergie pour la production électrique se sont également diversifiées. L’outil de calcul ne peut donc pas prendre en compte l’ensemble des possibilités de production. Celles-ci sont au nombre de quatre dans l’outil de calcul:

La première possibilité est l’achat d’électricité conventionnelle. Cela signifie que le contrat de fourniture ne spécifie pas la contribution d’un certain type de source d’énergie primaire dans le mixe énergétique global. Par conséquent il peut être supposé que cette électricité est similaire dans sa composition au mixe national de production. Pour ce faire, l’outil de calcul exploite le système de conversion issu de la base de donnée GEMIS version 4.14 publiée par l’Öko-Institut.

La possibilité de spécifier le mixe énergétique global est utilisée pour le calcul de la répartition entre les différentes sources d’énergie (Fossile, Nucléaire, Renouvelable).

Exemple C: Ecole primaire Falk
150.000 kWh d’électricité ont été utilises pour les équipements autres que pour le chauffage. Comme aucune correction climatique n’est appliquée, cette consommation finale est directement multipliée par le facteur DEC spécifique au pays. Il est de 2.90 pour l’Allemagne. Par conséquent, l’énergie primaire consommé par le bâtiment scolaire pour pouvoir consommer 150.000kWh d’électricité est de 435.000 kWh.

Le terme électricité verte signifie que le contrat de fourniture électrique certifie un mix énergétique “vert”. L’outil de calcul suppose que l’énergie éolienne et l’énergie hydroélectrique contribue respectivement à 50% du mixe énergétique vert. Ces deux sources d’énergie renouvelables sont les plus fréquemment rencontrées dans la production électrique. Les facteurs spécifiques sont issus de la base de donnée GEMIS version 4.14 publiée par l’Öko-Institut.

Si le bâtiment est équipé de panneaux photovoltaïques, pour lesquels une certaine quantité d’électricité consommée a été entrée, l’outil de calcul suppose que les panneaux sont composés de cellules photovoltaïques polycristallines en silicone. Etant donné que ce type de cellule est le plus communément utilisé, cette approximation ne modifie pas sensiblement le calcul. Les facteurs de conversion sont issus de la base de données ProBas.

Dans le cas où une unité de cogénération est présente dans le bâtiment l’outil de calcul prend en compte la possibilité qu’une part de la production électrique soit vendue et mise sur le réseau. Bien qu’aucun avantage ne soit tiré de ce surplus de production électrique, cette quantité est soustraite dans le calcul de la consommation primaire d’énergie et dans les émissions de CO2. Cela se justifie par le fait que la consommation électrique est prise en compte à l’endroit où il y a réellement consommation.

Exemple B: Unité de cogénération dans un bâtiment
Dans la page d’entrée des données, vous avez entré que la cogénération a produit 100.000 kWh électrique, dont 10.000 kWh ont été mis sur le réseauPar conséquent, 90 000kWh sont produits et utilisés par le bâtiment. Pour obtenir la quantité de gaz nécessaire à la production électrique totale, l’outil de calcul suppose un rendement de 85%. Ainsi, (100 000/0.85) = 117.650kWh ont été consommés pour la production électrique. Ils sont à soustraire à la quantité totale de gaz consommée de 300.000kWh. Le résultat représente la quantité de gaz utilisée pour le chauffage et l’eau chaude (182 350kWh). Cette quantité de gaz est alors multipliée par le facteur de correction climatique local. La quantité de gaz produisant l’électricité consommée (90.000kWh) est de 105.880 kWh . Ce résultat est alors ajouté au précédent corrigé par le facteur climatique.Le total est multiplié par le facteur DEC spécifique du gaz pour le calcul de la consommation d’énergie primaire.

Emissions de CO2

D’une manière similaire aux calculs faits pour la consommation d’énergie primaire, les émissions de C02 sont calculées sur la base de la consommation finale d’énergie corrigée par le facteur climatique. Les facteurs de conversion sont spécifiques aux sources d’énergie et, pour l’électricité, aux mixes électriques nationaux.

Calcul des ratios et application du système de classification

Le ratio d’énergie primaire est calculé en divisant la consommation totale d’énergie primaire annuelle par la surface interne au sol. Le ratio de CO2 et le ratio d’eau sont calculés de manière analogue sauf pour la consommation en eau des piscines qui est exprimée par baigneurs. Notez que l’unité utilisée pour le ratio d’eau est en litre. Ainsi, le bâtiment peut être placé dans le système de classification en fonction de son type et des ratios calculés. Les informations détaillées sur le système de classification sont données en Annexe 1.

Exemple C: Ecole primaire Falk
La consommation d’énergie primaire totale est de 692.400 kWh/an . En divisant par la surface du bâtiment de 5.000 m2, le ratio d’énergie primaire est de 138 kWh/(m2.an). En appliquant la classification pour les écoles, le ratio d’énergie primaire conduit à la classe B .En ramenant les émissions de CO2 au m², le ratio de CO2 est de 30 kg/(m2.an). C’est pourquoi, le bâtiment est classé C pour les émissions de CO2. La consommation d’eau du bâtiment est de 902m3/an, qui correspondent à 902.000 L/an. Ainsi, le ratio d’eau est de 180 l/(m2.an), classant le bâtiment en B pour la consommation d’eau.

Contribution des différentes sources énergétiques

L’outil de calcul divise en trois catégories, fossile, nucléaire et renouvelables l’ensemble des énergies utilisées :

• Fossile:
  • gaz,
  • fuel,
  • charbon,
  • réseau de chauffage (combustibles fossiles incluant les déchets), électricité (conventionnelle: origine fossile)
• Nucléaire:
  • électricité (conventionnelle: origine nucléaire)
• Renouvelable:
  • bois,
  • solaire (thermique),
  • réseau de chauffage (biomasse, solaire [thermique]),
  • électricité (conventionnelle: origine renouvelable),
  • électricité (PV)
    

Pour le bâtiment scolaire de l’exemple C, la contribution des différentes sources d’énergies primaires doit être détaillée pour calculer le mixte énergétique utilisé pour la production d’électricité conventionnelle. L’outil de calcul se base sur les données publiées par l’AIE dans l’étude mensuelle sur l’électricité d’octobre 2003. Cette étude détaille la part des sources d’énergie primaire en trois catégories pour certain pays.

Exemple C: Ecole primaire Falk
Le bâtiment scolaire a consommé 150.000 kWh d’électricité, qui ont été achetés suivant un contrat ne spécifiant pas la contribution de certaines énergies primaires. L’énergie primaire relative à cette consommation finale est de 435.000 kWh. Comme l’école est située en Allemagne, dont l’électricité conventionnelle est produite à partir de 66% d’énergie fossile, 30% d’énergie nucléaire et 4% d’énergie renouvelable. Par conséquent, 287.100 kWh sont d’origine fossile, 130.500 kWh d’origine nucléaire et 17.400 kWh provenant de sources renouvelables.Ces résultats sont ajoutés aux quantités d’énergie primaire calculées auparavant. Dans la catégorie des sources d’énergie fossiles, 250.800 kWh d’énergie primaire ont été consommés pour le chauffage. Par conséquent 532.575 kWh représentent la quantité totale d’énergie primaire d’origine fossile. Les quantités totales d’origine nucléaire et renouvelable sont identiques à celles utilisées pour la consommation électrique. Ainsi, 544.500 kWh d’énergie primaire sont d’origine fossile, 130.500 kWh sont nucléaires, et 17.400 kWh sont renouvelables. Leur somme donne la quantité totale d’énergie primaire consommée, qui est de 692.400 kWh. En conclusion, les pourcentages montrent la contribution des différentes sources d’énergie dans la consommation énergétique totale du bâtiment. 78 % pour l’énergie fossile, 19 % pour l’énergie nucléaire, et 3 % pour l’énergie renouvelable. La figure 14 montre la partie correspondante extraite du poster Display®. Figure 24 Extrait du poster Display® montrant la contribution des sources d’énergie dans le mixte énergétique primaire

Visualisation des économies réalisées en atteignant un meilleur classement

Tout d’abord, la quantité nécessaire pour atteindre la classe supérieure doit être calculée. Ces économies sont ensuite comparées à la consommation moyenne annuelle d’un ménage pour l’énergie, à l’émission d’une voiture réalisant le tour du monde pour les émissions de CO2 et pour l’eau à la quantité moyenne consommée pour une douche. Remarquez que l’amélioration d’un ratio d’une classe dépend du classement:

• Si le classement est dans une des classes suivantes [C, D, E, F], l’outil de calcul prend en compte l’intervalle entre deux classes, indépendamment du classement, pour calculer les économies possibles.
  

• Si le classement est la classe B ou G, l’outil de calcul réalise la différence avec la classe supérieure, i.e A ou F. Si le bâtiment a déjà atteint la classe A pour un certain ratio, le texte “Classe A déjà atteinte” est inscrit sur le poster Display®.
  

Exemple C: Ecole primaire Falk
L’amélioration d’une classe totale pour la catégorie “ratio de consommation annuelle d’énergie primaire ” revient à réduire ce ratio de 65 kWh/(m².an) . La quantité d’énergie totale à économiser dépend de la surface. Ce bâtiment scolaire fait 5.000 m2, ce qui équivaut à l’économie de 325.000 kWh en améliorant sa performance énergétique d’une classe. Cette quantité est comparée à la consommation énergétique annuelle moyenne d’un foyer. Ainsi, l’école pourrait réduire sa consommation annuelle d’énergie primaire d’une quantité égale à la consommation de 8 familles en maison individuelle. Pour les émissions de CO2, une amélioration d'une classe entière revient à réduire le ratio d’émission de CO2 de 13 kg/(m².an) . Par conséquent, l’école, faisant 5.000m², réduirait ses émissions d’équivalents CO2 de 65.000 kg. En comparant avec la consommation d’une voiture gasoil classique réalisant un tour du monde, l’économie réalisée représente 8 fois le tour du monde.L’amélioration d’une classe complète de la consommation d’eau implique une réduction de la consommation de 125 L/(m².an). Comme ce bâtiment scolaire a déjà la classe B, avec un ratio d’eau de 180 L/(m².an), seule la différence avec la valeur de la classe A est prise en compte. Ainsi, une réduction de 80 L/(m².an) revient à économiser 400.000 L/ an.En comparant cette quantité d’eau à économiser avec la quantité moyenne consommée lors d’une douche , cela revient à économiser 13.333 douches. Si l’école devait améliorer son ratio d’eau d’une classe entière, elle devrait économiser 500.000 L, qui représenterait 16.667 douches.Notez que les calculs sont arrondis. Si le résultat est inférieur à 1, celui-ci est arrondi à 1. Un extrait du poster Display® présente en figure 15 la partie réservée aux équivalences explicites des économies réalisées en améliorant les performances du bâtiment. Figure 25 Extrait du poster Display® montrant les économies possibles en améliorant les performances