Carte d'identité
Contexte
La Fondation Favier Val de Marne a formulé l’objectif de réaliser un EHPAD (établissement d'hébergement pour personnes âgées dépendantes) à « énergie positive ». Pari réussi pour cette résidence de santé dont l’équipe de maîtrise d’œuvre a su allier une conception bioclimatique et le recours à une solution de micro-cogénération au gaz naturel, faisant ainsi de ce bâtiment le 1er EHPAD de France de niveau BEPOS (« Bâtiment à Energie Positive »).
L’objectif initial du maître d’ouvrage était de réaliser à un bâtiment haute performance et exemplaire d’un point de vue énergétique, a minima de niveau BBC Effinergie. Pour se différencier, le choix s’est finalement porté sur la réalisation d’un bâtiment BEPOS sur les 5 usages conventionnels de la RT2005 (Cep < 0 kWhep/m².an), ce qui en fait le premier EHPAD BEPOS de France.
La solution retenue : conception bioclimatique, ECS solaire, micro-cogénération gaz & panneaux photovoltaïques
Un bâti conçu avec une approche bioclimatique
L’équipe de maîtrise d’œuvre a démarré la conception du bâtiment en s’intéressant au bâti afin de limiter les déperditions thermiques des parois extérieures. Une conception bioclimatique (compacité, orientation, étanchéité à l’air…) couplée à une isolation par l’extérieur permet ainsi un gain de 58% par rapport au coefficient « Ubat réf ».
Par ailleurs, pour éviter le recours à un système de climatisation, les choix se sont portés sur un bon taux de surface vitrée, des protections solaires efficaces ainsi qu’une inertie renforcée, assurant dès lors à ce bâtiment un confort d’été passif. Enfin, les occupants ont la possibilité d’ouvrir leurs fenêtres pour rafraîchir leurs chambres la nuit. L’éclairage naturel est également privilégié dans tous les espaces.
Equipement choisi
Une simulation thermique dynamique (STD) a permis de déterminer l’équipement énergétique le mieux adapté et de le dimensionner en fonction des besoins afin d’obtenir un confort optimal et homogène au long de l’année. Ainsi, la solution suivante a été retenue :
- Chauffage : chaudière gaz à condensation (225 kW), chaudière basse température (200 kW), module de micro-cogénération gaz à moteur (33 kWe – 70 kWth) ; radiateurs .
- Rafraîchissement : soufflage d’air dans les lieux de vie.
- Eclairage : généralisation des tubes fluorescents.
- Ventilation : VMC double flux pour l’air hygiénique.
- ECS : ECS solaire pour couvrir 50% des besoins ; le réseau d’ECS a été optimisé pour réduire la longueur des bouclages.
Production d’électricité par le module de micro-cogénération
Pour produire localement de l’électricité et compenser les consommations électriques du bâtiment, l’équipe de maîtrise d’œuvre a opté pour l’installation de capteurs photovoltaïques (310 m² soit 36 kWc) et d’un module de micro-cogénération de marque Cogengreen (33 kWe - 70 kWth) qui fonctionne environ 3280 heures par an et assure donc 92 % des besoins thermiques du site. Son dimensionnement a été permis par la simulation thermique dynamique. L’utilisation de capteurs photovoltaïques était limitée par la surface du toit disponible et par les tarifs de rachat de l’électricité produite amenés à baisser année après année.
La solution du module de micro-cogénération a séduit le maître d’ouvrage, notamment car elle est cohérente avec l’usage d’hébergement de la résidence (fort besoin de chauffage et d’ECS). De plus, cette production d’électricité supplémentaire n’impacte pas l’architecture du bâtiment (car située en chaufferie) et apporte de la flexibilité à l’installation pour se rapprocher des besoins électriques et thermiques du site. Pour plus de sécurité de fourniture (critère essentiel pour le maître d’ouvrage), les chaudières ont été dimensionnées pour assurer le secours de la cogénération.
Le site d’Ormesson a également décidé de ne pas souscrire un contrat contraignant de rachat d’électricité pour la micro-cogénération (type C13) mais a privilégié un contrat lui donnant la possibilité d’autoconsommer. La régulation de l’installation est ainsi basée sur les besoins de chaleur uniquement.
Le module de micro-cogénération est raccordé à un ballon d’inertie de 3000 litres afin de limiter les démarrages du moteur (plages de fonctionnement d’1h a minima). La température de production d’eau chaude est maintenue constante entre 80 et 85°C.
Bilan
Au sens de la RT 2005, les résultats prévisionnels sont positifs :
|
Poste |
Résultats RT 2005 (kwhep/m2.an) |
|---|---|
|
Chauffage |
4,53 |
|
ECS |
9,46 |
|
Ventilation |
14,26 |
|
Eclairage |
33,43 |
|
Auxilliaires |
0,70 |
|
Cep |
62,38 |
|
Production d'électricité |
64,36 |
|
Cep total |
-1,98 |
En complément, le maître d’ouvrage a souhaité disposer des résultats calculés à partir du logiciel de STD (simulation thermique dynamique) ; ceux-ci prennent mieux en compte les conditions réelles de fonctionnement.
Réduction de la consommation et de la facture énergétique
La consommation des 5 usages réglementaires (ventilateurs, ECS, chauffage, rafraîchissement, éclairage intérieur) est de 83,1 kWhep/m².an (contre 62,4 pour celle calculée par le logiciel RT 2005), les postes chauffage et ECS pesant à eux seuls 52% de la consommation tous usages.
Production d'électricité
La production d’électricité a couvert 60% de la consommation tous usages, répartie comme suit :
- 310 m² de capteurs photovoltaïques produisent 11,9 kWhep/m².an.
- Le module de cogénération couvre 51 kWhep/m².an soit 4,2 fois plus que le PV.
Afin de compenser les 43 kWhep/m².an nécessaires pour atteindre le niveau BEPOS tous usages (suite aux calculs STD), le maître d’ouvrage envisage d’acheter de l’électricité « verte ». Cela permettra à son bâtiment d’améliorer son impact environnemental.
Coût de la réalisation
- Travaux
Le montant total des travaux s’est élevé à 13,9 millions €HT.
Pour le bâti :
- 865 k€ pour l’isolation de la façade.
- 650 k€ pour les vitrages.
- 300 k€ pour l’étanchéité dont l’isolant de toiture.
Pour les équipements :
- Installation photovoltaïque : 91 k€ (dont 34 k€ pour les 180 panneaux).
- Installation solaire thermique : 128 k€ (dont 78 k€ de panneaux et 14 k€ de support).
- Chaufferie : 154 k€ (84 k€ pour le module de micro-cogénération, 16 k€ pour la chaudière à condensation, 9 k€ pour la chaudière basse température, 25 k€ pour le conduit de cheminée, 7 k€ pour l’alimentation gaz).
2. Revente d’électricité du module de micro-cogénération
Le contrat PI01 favorise l’autoconsommation de l’électricité produite à la revente car le tarif de rachat est équivalent au tarif bleu HT. Sur cet EPHAD qui dispose d’un tarif jaune, revendre la totalité de l’électricité produite par la micro-cogénération lui génèrerait un gain financier d’environ 2000 €/an.
En effet, sur la base des 135 000 kWhef produits par an :
- Les recettes via le contrat de revente PI01 s’élèvent à 10 800 €/an.
- Les économies liées à l’autoconsommation représentent 8 780 €/an (achat de 135 000 kWh au tarif jaune).
Le site a donc fait le choix d’un contrat PI01 mais revend la totalité de sa production d’électricité.
Conclusion
La cogénération s’avère donc être une solution efficace pour réaliser des bâtiments exemplaires dans le domaine de la santé où les besoins de chaleur sont importants. Elle permet l’économie de (310 m²/11,9 kWhep/m².an) * 51 kWhep/m²/an = 1328 m² de capteurs photovoltaïques, surface que la toiture ne peut pas accepter. La modulation de la cogénération ainsi que l’utilisation de l’électricité en autoconsommation ou en revente, lui donne ainsi de la souplesse pour s’adapter au mieux aux besoins du bâtiment.