Nous le savons, le réchauffement climatique est principalement dû à l’augmentation soutenue des émissions de CO2, qui piègent la chaleur et réchauffent l’atmosphère. Les tempêtes, glissements de terrain ou inondations se font plus fréquents et le réchauffement climatique rend les bâtiments plus vulnérables et réduit leur durée de vie.
L’énergie joue un rôle important dans la gestion des bâtiments. C’est pourquoi nous souhaitons aborder dans cet article les conséquences du changement climatique sur la consommation énergétique du bâtiment et le confort des occupants.
Pour les calculs suivants, nous utiliserons la modélisation énergétique du bâtiment ou BEM (pour Building Energy Modelling) afin d’évaluer le comportement d’un immeuble de bureaux dans un avenir proche (2050) et lointain (2100) par rapport à l’année de sa conception (2000).
Comme vous le savez peut-être, Dexma utilise le BEM à de nombreuses fins, comme pour simuler l’impact des améliorations de l’efficacité énergétique, estimer la désagrégation des consommations d’énergie ou évaluer l’impact de différents scénarios.
Mesurer l’Impact du Changement Climatique sur les Bâtiments : Facteurs externes
Pour illustrer l’effet du changement climatique sur les bâtiments, nous nous concentrerons sur les paramètres météorologiques significatifs suivants :
- Concentration atmosphérique de CO2 en PPM
- Température de l’air extérieur en ºC
- Humidité relative de l’air extérieur en %.
D’autres paramètres météorologiques tels que la vitesse du vent, le rayonnement solaire ou les précipitations ont été écartés, soit en raison du manque de documentation, soit en raison du faible effet estimé sur le comportement du bâtiment.
Examinons maintenant ces trois paramètres, leur définition et leur impact sur les performances du bâtiment.
1. La Concentration Atmosphérique de CO2
La concentration atmosphérique de CO2 est exprimée en parties en million (PPM). Cette dernière a fluctué entre 200 et 300 ppm au cours des siècles passés.
D’après les projections de référence des Perspectives de l’environnement de l’OCDE, la concentration actuelle de CO2 dans l’atmosphère se situe autour de 400 ppm depuis les années 2000, atteignant ainsi un nouveau seuil. La concentration atmosphérique de CO2 devrait continuer à augmenter pour atteindre 530 ppm d’ici 2050, et 780 ppm d’ici 2100.
Si nous souhaitons voir diminuer ces chiffres alarmants, nous n’avons d’autre choix que de réduire considérablement nos émissions. Cependant, même si nous parvenions à stabiliser nos émissions de CO2, cela ne serait malheureusement pas immédiatement perceptible. En effet, il faut du temps pour que le CO2 émis soit éliminé de l’atmosphère de manière naturelle. Alors que certains cycles sont rapides et sont capables d’éliminer le CO2 en 5 ans, l’absorption du CO2 par le sol, les océans ou la végétation peut prendre des milliers d’années…
2. Température de l’Air Extérieur
La température de l’air extérieur, ou température du bulbe sec, est essentiellement celle à laquelle nous nous référons lorsque nous parlons de la température de l’air. Elle est appelée « Bulbe sec » parce que la température de l’air est indiquée par un thermomètre non affecté par l’humidité de l’air.
Selon les mêmes projections de l’OCDE, la température de l’air extérieur augmentera, par rapport à 2000, de 土 2ºC d’ici 2050 et de 土 4ºC d’ici 2100.
Ce changement de température nous affecte tous. Il provoque des températures régionales et saisonnières extrêmes, tout en réduisant la couverture neigeuse et la glace de mer. De plus, cela augmente les fortes précipitations et en modifie l’éventail des habitats végétaux et animaux – certains s’étendent quand d’autres se réduisent. « La température de la Terre a augmenté de 0,08° Celsius (0,14° Fahrenheit) par décennie depuis 1880, mais le taux de réchauffement depuis 1981 est plus de deux fois supérieur : 0,18° C (0,32° F) par décennie« , comme le souligne le rapport de Climate.gov.
3. Humidité Relative de l’Air Extérieur
L’Humidité Relative (HR) est une mesure de la quantité de vapeur d’eau présente dans un mélange eau-air par rapport à la quantité maximale possible. Elle s’exprime en pourcentage : 0 % pour un air absolument sec à teneur en humidité nulle et 100 % pour un air saturé d’humidité où toute humidité supplémentaire se condense. Il existe moins d’études concernant la relation entre l’humidité de l’air extérieur et le changement climatique, mais celle du PNAS indique une diminution de l’humidité relative de 0,2 % par décennie au cours des 50 dernières années (illustrée par le graphique C ci-dessous).
Combinée à l’augmentation de la température de l’air extérieur (graphique A ci-dessus), la quantité totale d’humidité (humidité spécifique) augmente comme le montre le graphique B. Des études montrent que cette combinaison mortelle de chaleur et d’humidité croissantes pourrait avoir de nombreuses conséquences directes sur la santé, la productivité et pourrait même entraîner la mort, y compris pour des personnes en bonne santé.
Les conditions météorologiques qui en résultent peuvent être résumées dans le graphique psychrométrique suivant, montrant les températures sèches et les taux d’humidité plus élevés.
Qu’est-ce que cela Signifie pour vos Bâtiments ?
Eh bien… c’est une bonne question !
Prenons l’exemple d’un immeuble de bureaux à Lyon, région tempérée d’Europe, construit dans les années 2000. Supposons qu’il s’agit d’un bâtiment de 3 étages avec une pompe à chaleur pour le chauffage, et un refroidisseur pour le refroidissement, avec une enveloppe de bâtiment correspondant aux normes de l’année 2000.
Grâce à l’outil BEM de Dexma, vous pourrez estimer l’impact du réchauffement climatique sur le bâtiment grâce à différents indicateurs (QAI, confort thermique, température et humidité de l’air intérieur, consommation d’énergie HVAC). Le tout combiné aux 3 différents scénarios climatiques que nous avons mentionnés : les années 2000, 2050 et 2100.
Impact sur le Confort des Occupants
Maintenant que nous avons vu les trois facteurs externes clés à impact direct sur les bâtiments, examinons comment les occupants pourraient être affectés par le changement climatique.
- Qualité de l’Air Intérieur (QAI)
Lorsque les polluants intérieurs courants sont compris et contrôlés, le risque de problèmes de santé est réduit et la qualité du travail et le confort des employés sont améliorés.
Une façon de mesurer la qualité de l’air intérieur d’une pièce est de mesurer sa concentration en CO2. Une mesure qui peut être effectuée à l’aide de Dexma Analyse, comme expliqué dans cet article consacré à la qualité de l’air intérieur.
Les niveaux de CO2 intérieurs sont généralement plus élevés que ceux de l’air extérieur, en raison du CO2 expiré par les occupants du bâtiment et produit par certains appareils du bâtiment, comme les cuisinières à gaz par exemple. Par conséquent, une règle empirique commune consiste à essayer de maintenir la QAI en dessous de 800 ppm. Une norme de qualité de l’air considérée comme « fraîche » et « normale ». En revanche, une concentration de CO2 supérieure à 1200 ppm est absolument à éviter car elle correspond à une « pollution grave » pouvant directement affecter la santé.
Le moyen le plus simple de réduire le niveau de CO2 est de garantir une ventilation adéquate et d’échanger ainsi l’air intérieur « pollué » contre, généralement, un air extérieur plus pur.
Reprenons maintenant la simulation des scénarios 2000, 2050 et 2100 pour notre modèle de bureau et évaluons comment le réchauffement climatique affecte la QAI.
Comme nous pouvons le voir sur le graphique, les résultats montrent que la QAI en 2050 (colonne du milieu) ne se détériore que légèrement par rapport à l’année 2000 (colonne de gauche), tandis qu’elle se détériore de manière significative en 2100 (colonne de droite), atteignant 1200ppm en teinte orange foncé. Le système de ventilation parfaitement dimensionné permet ainsi de maintenir la qualité de l’air intérieur en dessous de 800ppm pendant toute l’année 2000, tandis que le seuil de 800 ppm sera franchi pendant 1363 heures (52% des heures d’occupation) et 2610 heures (100% des heures d’occupation) pour les années 2050 et 2100.
Découvrez comment Dexma Analyse peut vous être d’une grande utilité pour surveiller la qualité de l’air intérieur en termes de CO2, de température et d’humidité et pour créer des projets M&V et évaluer l’efficacité de vos mesures d’économie d’énergie.
- Confort Thermique
En raison de la multitude de facteurs et de sa nature « subjective », le confort thermique est généralement difficile à mesurer. Une approche se nommant Indice PMV (pour Predicted Mean Vote en anglais)a été établie dans les années 1960 par le professeur danois Povl Ole Fanger. Cet indice est basé sur la « perception d’un grand groupe de personnes ». Il prédit le vote moyen d’un grand groupe de personnes sur une échelle de sensation thermique en sept points. Cette prédiction tient compte des paramètres suivants : Taux métabolique, Isolation des vêtements, Température de l’air, Vitesse de l’air, Température radiante moyenne, Humidité relative.
Voici les indices PMV annuels simulés pour 2000, 2050 et 2100 pour un open space de notre modèle de bureau. La température intérieure de l’open space étant maintenue entre 22ºC et 26ºC pendant les heures de travail (8h-18h) grâce à son système HVAC.
Ainsi, avec un bâtiment parfaitement climatisé, le confort thermique intérieur ne sera que légèrement affecté par le réchauffement climatique du point de vue du confort thermique.
Imaginons un autre scénario dans lequel nous retirons les systèmes de refroidissement de notre modèle. Que se passerait-il si le seul moyen de refroidir l’espace de bureau était d’ouvrir manuellement les fenêtres lorsqu’il fait plus frais à l’extérieur (ce qui est encore le cas pour certains immeubles de bureaux de nos jours) ?
Eh bien… les résultats montrent une forte augmentation des heures de surchauffe (PMV > 1), de 230 heures en 2000, à 380 heures (+65%) en 2050, pour finir avec 525 heures en 2100 (+128%) . En d’autres termes, cela montre que le refroidissement manuel d’une pièce de bureau (en ouvrant les fenêtres) risque fort de devenir impossible à l’avenir, même pour les zones de climats tempérés.
- Humidité et Température de l’Air Intérieur
Une autre façon de mesurer le confort thermique serait de mesurer l’humidité relative et la température de la pièce tout au long de l’année. Une humidité relative comprise entre 30% et 60% et une température comprise entre 21 et 26ºC sont souvent considérées comme confortables pour un bureau.
Traçons l’humidité relative de la pièce en fonction de la température pour un bureau ouvert en 2000, 2050 et 2100 grâce à un graphique psychrométrique. La zone verte que vous voyez représente la zone de confort tandis que les croix représentent l’air intérieur tout au long de l’année.
En ce sens, nous pouvons constater un déplacement vers le haut de l’humidité relative. Les problèmes de confort intérieur vont très probablement déplacer les problèmes de sécheresse hivernale vers les problèmes d’humidité estivale.
- Impact sur la Consommation d’Énergie
Pour analyser le comportement d’un bâtiment du point de vue de la consommation d’énergie de chauffage et de refroidissement, nous allons comparer le bâtiment de Lyon à deux autres climats : Oslo et Séville. La structure du bâtiment, en particulier l’épaisseur de l’isolation et le coefficient de transmission thermique des fenêtres, a été adaptée à la météorologie correspondante pour donner des résultats plus réalistes.
D’après les graphiques, on peut déduire que l’énergie provenant du refroidissement augmentera tandis que l’énergie provenant du chauffage diminuera dans tous les cas, ce qui était prévisible. La consommation totale d’énergie d’un immeuble de bureaux diminuera dans les régions froides (par exemple pour Oslo), ou restera constante dans les régions tempérées (par exemple pour Lyon), mais augmentera très probablement de manière significative dans les régions plus chaudes (Séville). Les régions tempérées, où l’accent est actuellement mis sur la consommation d’énergie provenant du chauffage, vont lentement déplacer leur attention vers la consommation d’énergie dédiée au refroidissement. Cela pourrait également entraîner la nécessité de nouvelles mesures d’efficacité énergétique pour le secteur immobilier.
Pour résumer, dans cet article, nous avons analysé le comportement d’un immeuble de bureaux pour trois scénarios : les années 2000, 2050 et 2100. L’accent a été mis sur la qualité de l’air intérieur, le confort thermique ressenti par les occupants, la température et l’humidité relative de l’air intérieur, et la consommation d’énergie du système de chauffage, de ventilation et de climatisation du bâtiment.
Les résultats ont montré que l’avenir pourrait être un compromis entre une consommation d’énergie plus élevée et une diminution du confort. Cela signifie qu’une refonte générale de la façon dont nous planifions, construisons et exploitons les bâtiments sera plus que jamais nécessaire.
Dans ce contexte, la surveillance et l’amélioration constante de vos bâtiments deviendront des facteurs de plus en plus importants. Afin de réduire l’impact du réchauffement climatique sur votre bâtiment, Dexma Detect vous permet d’évaluer l’efficacité de votre bâtiment afin que vous puissiez mettre en œuvre des améliorations.
De plus, notre outil de reporting peut vous fournir des informations précieuses sur votre consommation d’énergie. Ces rapports, faciles d’interprétation, peuvent être utilisés comme base pour prendre des mesures pertinentes vers plus d’efficacité énergétique. Pour en savoir plus sur les Tableaux de Bord Dexma, cliquez ici.
Si vous vous sentez prêt à vous lancer dans le voyage de l’efficacité énergétique, ou si vous avez besoin de plus d’informations, n’hésitez pas à prendre contact avec nos experts !
Note de l’éditeur – Cet article a été rédigé par un grand expert en Logiciels de Gestion de l’Énergie :
Johann Loux, ingénieur Building Energy Modelling & Data Scientist, fait partie de l’équipe Dexma Detect depuis 2021. Il améliore les algorithmes d’IA de Dexma par la modélisation énergétique automatisée des bâtiments. Il apporte également son expertise dans le domaine de l’efficacité énergétique pour le développement des produits de Dexma.
