Méthode simplifiée d'évaluation de la performance énergétique utilisable en conception et alimentée par des données issues de politiques publiques de produit : application aux systèmes de chauffage de bâtiments

A simplified energy performance assessment method supporting system design and fed by EU product policy data : application to heating systems in buildings

• Auteur / Autrice : Maria Calero Pastor
• Direction : Daniel Brissaud, Fabrice Mathieux
• Type : Thèse de doctorat
• Discipline(s) : Génie Industriel : conception et production
• Date : Soutenance le 07/02/2018
• Etablissement(s) : Université Grenoble Alpes (ComUE)
• Ecole(s) doctorale(s) : École doctorale Ingénierie - matériaux mécanique énergétique environnement procédés production (Grenoble ; 2008-....)
• Partenaire(s) de recherche : Laboratoire : Sciences pour la conception, l'optimisation et la production (Grenoble, Isère, France)
• Jury : Président / Présidente : Jo Dewulf
• Jury : Examinateurs / Examinatrices : Daniel Froelich
• Jury : Rapporteur / Rapporteuse : Tatiana Reyes Carrillo, Xavier Boucher

Mots clés

Mots clés contrôlés

Chauffage

Politique énergétique

Évaluation énergétique

Chauffage -- Économies d'énergie

Mots clés libres

Évaluation de la performance énergétique

Éco-Conception de systèmes

Systèmes de chauffage dans les bâtiments

Energy performance assessment

Ecodesign of systems

Heating systems in buildins

Résumé

La performance environnementale des produits influence largement la performance des systèmes. De plus, les systèmes présentent encore un potentiel d'économie d'énergie inexploité pour la performance environnementale globale, comparé aux produits individuels qui les composent.L'objectif de ce travail est de proposer une approche pour l'évaluation de performance énergétique de systèmes, en tenant compte d'information / de données livrées par les politiques européennes de produits (Directives Eco-conception et Étiquetage énergétique, Verdissement des marchés publics, Ecolabel Européen). L'hypothèse considérée ici est que les politiques environnementales des produits, qui ont été très utiles pour faciliter un système de notation homogène sur le marché européen des produits, peuvent également être avantageusement utilisées dans une démarche visant pour évaluer la performance énergétique des systèmes.Ce travail de recherche propose une méthode simplifiée pour soutenir la conception de systèmes de chauffage performants en utilisant les données des politiques environnentales de produits de l'Union Européenne, disponibles en phase de conception. Tout d'abord, une modélisation du système avec une approche ''top-down'' est utilisée pour prendre en compte les aspects système (conditions géographiques, caractéristiques du bâtiment, etc.). Deuxièmement, la performance énergétique du système est calculée à partir d'une approche ''bottom-up'', à partir de la performance des produits et des sous-systèmes composant le système. La méthode comporte 5 étapes divisées en deux phases principales: diagnostic du système initial et amélioration. La méthode est supportée par un outil de calcul original qui détermine les paramètres énergétiques (demande d'énergie, consommation d'énergie et rendement énergétique) au niveau du système en utilisant les données de performance telles que documentées par les politiques produits de l'Union Européenne. La méthode permet d'évaluer la performance d'un système de chauffage en définissant les systèmes les plus mauvais et les meilleurs possibles. La méthode est flexible et permet d'évaluer différentes configurations de produits et peut donc soutenir les activités de conception des systèmes de chauffage de bâtiment.La méthode est testée sur une étude de cas, la re-conception conception d'un système de chauffage existant d'une habitation dans le nord de l'Italie, incluant un système d'eau chaude sanitaire solaire et un système de chauffage des locaux. L'étude de cas démontre le potentiel d'amélioration du système de chauffage basé sur les résultats produits par la méthode, en aidant à sélectionner les produits actuellement disponibles sur le marché. En outre, sur la base de l'évaluation, plusieurs variantes de re-conception peuvent être proposées combinant différentes performances des produits qui composent les systèmes de chauffage. La thèse analyse également l'évolution des différentes approches adoptées par les politiques de produits de l'Union Européenne (approche produit, approche produit étendu et approche système). En particulier, le concept de ''package'' (ou produits combinés) défini dans les réglementations d'étiquetage énergétique des systèmes de chauffage est étudié en détail. L'étiquette du ''package'' du règlement 811/2013 est mise en œuvre dans la même étude de cas, de sorte que les résultats puissent être comparés à ceux des sections précédentes. Il est démontré que le concept de ''package'' peut également soutenir les décisions prises dans la phase de conception du système de chauffage, en particulier dans la sélection des composants appropriés en fonction de l'estimation de la performance du système. En outre, le chapitre 6, composé essentiellement d'un article publié dans un journal scientifique, analyse le lien entre les politiques publiques européennes relatives aux produits du bâtiment et celles liées à la performance énergétique des bâtiments: il est conclu qu'elles pourraient être mieux alignées.

Environmental performances of products largely influence performances of systems. Moreover, systems have still an untapped energy-saving potential concerning environmental performances at system level rather than at the level of the individual products of which they are composed.The objective of this work is to propose an approach to deal with energy performance assessments at system level considering information/data from European product policies (Ecodesign, Energy Labels, Green Public Procurement and EU Ecolabel). The hypothesis here is that environmental product policies, that have been very useful in facilitating a homogeneous rating scheme in the EU market for individual products, can also be advantageously used in a method to assess the energy performance of systems.This research work proposes a simplified method for supporting the design of good performing heating systems using data from EU product policies, which is available during the design stage. Firstly, a system modelling with a top-down approach is used so that system aspects (geographical conditions, building characteristics, etc.) are regarded. Secondly, the system energy performance is calculated from a bottom-up approach so that, from the performance of the products and sub-systems composing the system. The method has 5 steps divided in two main phases: diagnostic of the initial system and improvement. The method is supported by an original calculation tool which determines the energy parameters (energy demand, energy losses, energy consumption and low-emission energy efficiency) at system level using performance figures from EU product policies. It helps assessing how good a heating system is by setting worst, benchmark and best possible systems. The method is flexible, and allows different product configurations to be assessed and can hence support the design activities of heating systems.The method is tested on a real case study, the re-design of existing heating systems of a dwelling in north Italy, including a solar hot water system and a space heating system. The case study demonstrates the potential of improvement of the heating systems based on the results produced by the method, by helping selecting products currently available in the market. In addition, based on the assessment, several improved design alternatives can be proposed combining different performances of the products which compose the heating systems.The dissertation also analyses the evolution of the different approaches of EU product policies (product, extended product and system). In particular, the package concept set in the energy labelling regulations of heating systems is studied in detail. The package label of Regulation 811/2013 is implemented on the same prior case study so that results can be compared with the ones of previous sections. It is shown that the package concept can also support decisions made in the building design phase especially in the choice of appropriate components based on estimation of system performances. In addition, the peer-reviewed paper analyses the link of building-related product policies with the Energy Performance of Buildings Directive, and it is concluded that they should be somehow better aligned.