bricker : le lifting technologique d’un immeuble quinquagénaire. | liege creative, 21.02.17

Raymond Charlier, Service Provincial des Bâtiments

Sylvain Quoilin, ULg - Thermodynamics and Energetics Laboratory

Gabrielle Masy, HEPL

Mardi 21 février

BRICKER : le lifting technologique d’un immeuble quinquagénaire.

LIEGE CREATIVE, en partenariat avec :

H.E.P.L. – Catégorie technique

Projet européen « BRICKER »

Le bâtiment – quai Gloesener de la H.E.P.L. a été retenu comme site de

démonstration. Il bénéficiera en 2015 et 2016 de vastes travaux de

rénovation énergétique intégrant des technologies innovantes développées avec le soutien du 7ième Programme Cadre de la Commission Européenne


Projet européen « BRICKER »

Un projet réplicable, rentable, de haute efficacité énergétique et zéro émission pour rénover des bâtiments publics et atteindre une réduction de 50 % des

consommations énergétiques à travers des interventions passives d’isolation et

le recours à des technologies actives innovantes zéro émission.


1ière partie : Travaux d’isolation technologies passives

CHARLIER Raymond – S.P.B. – Province de Liège

2ième partie : Cogénération à cycle ORC technologies actives

QUOILIN Sylvain – Université de Liège

3ième partie : Ventilation double-fluxdécentralisée – technologies actives

Masy Gabrielle – H.E.P.L. – Province de Liège

Technologies passives :

1. Remplacement murs rideaux2. Remplacement de châssis

+ Isolation des façades3. Isolation des toitures

6

1. Remplacement des murs rideaux

L’ensemble des deux murs rideau en aluminium ont été remplacés.

Avant

Après - Photo montage 3D

7

1. Remplacement des murs rideauxPhotos des travaux – Janvier 2016 à Juin 2016

February2016– Installationofelevators(lifts)onsite

February2016– DismantlingCurtainWallA

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March2016– RebuildingCurtainWallA–DismantlingCurtainWallB

April2016– RebuildingCurtainWallB

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May2016– Installationofsolarprotection’sprofiles

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1. Remplacement des murs rideauxFin des travaux – Juin 2016

June2016– Endofworks

June2014– Expectedfinallook

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Calcul des gains énergétiques

Consommations actuelles :Electricité : 407,6 MWh/an - Gaz : 4.461 MWh/an (391.000 m³)

Soit 238 kWhEP/m² - Classe Energétique : Niveau E

Consommations futures :Electricité : 57,6 MWh/an - Gaz : 1.657 MWh/an (145.000 m³)

+ Biomasse : 311 Tonnes/anProduction d’électricité :350 MWh/an par la cogénération ORC

Soit 78 kWhEP/m² - Classe Energétique : Niveau B

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Calcul des gains financiers et TRS

Consommations actuelles – Coûts :Electricité : 77.450 €/an - Gaz : 293.000 €/an

Total : 370.450 €/an

Consommations futures - Coûts :Electricité : 10.950 €/an - Gaz : 109.000 €/an

+ Biomasse : 62.200 €/anTotal : 182.150 €/an

Gain : 188.300 €/anCV : 22.750 €/an (350 x 65)

Investissements : Subsides :Travaux d’amélioration : 2.831.920 € C.E. : 954.120 €

Ureba : 108.521 €

T.R.S. : 8,5 ans

(2.831.920 € - 954.120 € - 108.521 €) / (188.300 € + 22.750 €)

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2. Remplacement châssis + IsolationTrois façades sont en cours de rénovation par le remplacement des châssis et l’isolation par l’extérieur.

Avant

Après – Photo montage 3D

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2. Remplacement châssis + IsolationPhotos des travaux – Février 2016 à Décembre 2016

March2016– Scaffoldings+dismantlingofwindowsframes– BlockNr 6– RearFacade

March2016– Replacementofwindowsframes–BlockNr 6– Facadeinpatio

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April2016– Externalinsulation– BlockNr 6– RearFacade

May2016– Replacementofwindowsframes– BlockNr 1– Facadeinpatio

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July2016– Internalfinishing– BlockNr 1– Facadeinpatio

September2016– Finishingplaster– BlockNr 6– RearFacade

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October2016– Insulation14cmrockwool– BlockNr 6– Facadeinpatio

November2016– Finishingplaster– BlockNr 6– Facadeinpatio

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Pré-monitoring et Post-monitoring

Pré-Monitoring des consommations électriques, de gaz et de chauffage par circuit :

19

Pré-monitoring et Post-monitoring

Post-monitoring des consommations pellets, huile thermique et production d’électricité :

20

3. Isolation des toituresLa toiture du Bloc 1 : Isolation par l’intérieur (PIR + nano PCM)La toiture du Bloc 6 : Isolation par l’extérieur

Avant Après

21

3. Isolation des toituresPhotos des travaux – Avril 2016 à Décembre 2016

May2016– Dismantlingofceilings

May2016– ReceptionofPurinova’s panels

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September2016– Worksontheroof–Newwaterproofing

September2016– InstallationworksofPurinova’s panels

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October2016– Acciona installssensorsintoPurinova’s panels– Post-monitoring

October2016– EndofinstallationofPurinova’s panels

Cogénération à cycle ORC

Sylvain Quoilin

Introduction

Objectif duprojet:Réduction significative del’impactcarbone

Solution:Enplusdestechnologiespassives,lebâtimentdoit produire del’électricité àpartir desourcesrenouvelables!

Technologies:PV,Eolien,Hydro,Biomasse

Premier Principe de la thermodynamique

Conservationdel’énergie:

Deuxième principe de la thermodynamique

Losses: 10% Power: 40%

Heatrejection

50%

Fuel: 100%

Traditional steam power plant

Overall efficiency:40%

Losses: 10% Power: 35%

Usefulheat: 55%

Fuel: 100%

Steam power plant with cogeneration

Overall efficiency :90%

30

Combinedheatandpower(CHP)Usingbiomass

SteamCycle

ORCCycle

ICEFuelCell

GasTurbine

StirlingGasification

SelectedTechnology

Combined heat and powerTechnologies

What is an ORC cycle?

31

Wasteheatrecoveryorrenewableenergies:solar,biomass,geothermal

Electricity/mechanicalpower

Heat(heatingdemand)

Organiccompoundvswater=>Valorizelowt° heatsources

ü Dryfluids=>nothreatofdamagefortheturbine

ü Highvapor densityü Workingfluidatlowpressure(<30bar)ü Pressureinthecondenserpossibly

higherthanambientpressure(noinfiltration)

IntroductionOrganic Fluids

32

ORC versus Steam cycles

33

Source: Gaia, 2011

ü Simplerarchitectureü Easytoinstall(inapre-

assembledsquid),compactandreliable

ü Autonomoussystemü ORCsystems:more

economicallyprofitablethansteamcyclesforpowerslowerthan~1MWe (steamcyclesnecessitatehighP&T)

ü Possibility touseonce-through boilers

ü Heatsourcet° between100°Cand350°C

Volumetric expanders Turbomachines

Scroll Screw Piston Axial Radial

Cycle components:Expansion Machine

34

1kWe – ~200kWe Min~50kWe

Example ORC systems

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ORMAT(82MW):

Enertime (1MW):

ORCAN-Energy (25kW):

ORCMarketevolution&prices

36

0,00%

0,20%

0,40%

1970 1980 1990 2000 2010 2020

ProportionofEngineeringpapersdealingwithOrganicRankineCyclesonElsevier

Prototypes developed at the University of Liège

Low-capacity ORC systems

38

Problem of the turbine: Turning compressors into expanders

39

Example 1: Open-drive air scroll compressor:

• Converted into an expander

• Built in volumetric ratio : 3.94

• Absence of lubrication

• Not tight

Problem of the turbine: Turning compressors into expanders

40

Example 2. Refrigeration Compressor

• Built in volumetric ratio : 2.9

• Max temperature in compressor mode : 130°C

• No leakage

• Lubrication

ORC test rigsMain Challenges:Characterize all ORC components at small scaleTest different working fluidsFind or develop the right components for small- scale ORCsOptimize the cycle

41

Experimentation: R&D objectives (examples)

42

Low-capacity concentrating solar power:

Experimentation: R&D Objectives (examples)

43

Reversible heat pump /ORC:

Ventilation Double flux décentralisée

Gabrielle MasyHaute Ecole de la Province de Liège

45

1. Qualité de l’air intérieur

Le taux de CO2 comme indicateur de la qualité de l’air.

400 1000 1500 2000 3000 4000 ppm

Air extérieur

Maximum fixé par l’OMS

Maximum fixé par les normes internationales

Mesurées fréquemment dans les classes

Concentration en CO2 dans l’air ppm

4646


Une journée d’école sans ventilation

Grillesdeventilation,dimensionnéesselonlesnormes,volontairementfermées

0

1000

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800015h32

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21h32

22h32

23h32

LLN18/10:Rénovationrécentedeschâssis

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0 h

001

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PontàCelles4/10

Source:C.Massart,UCL, [email protected]

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23h00

LLN211/10:23élèvesenjournée– 14élèvesengarderiejusque17h

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22H00

23H00


Une journée d’école avec ventilation naturelle

Ouverturede2fenêtressurfaçadesopposéespendant15mindurantlesrécréations

PontàCelles5/10

Ouverturede2fenêtrespendant15minenrécréationetentempsdemidi

Grillesde ventilationouvertes

Source:C.Massart,UCL, [email protected]

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Mesures ponctuelles dans plus de 1000 classesMesures continues dans 87 écoles

0

50

100

150

200

250

300

350

400

Denmark Sweden Norway

Natural ventilation

Exhaust ventilation

Balanced ventilation

Source:GeoClausen,DTU,Danemark

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2. Ventilation double flux

VMC double flux centralisée avec récupération de chaleur

Source:http://www.energieplus-lesite.be/

Besoin de ventilation dans les classes: 22 m3/h par personne

50

3. Ventilation double flux décentralisée

Encombrement Entretien des filtres

Centralisée Décentralisée

5151


Air neuf

Air extrait

Echangeurde chaleurFiltres ->

Système Airria Greencom

5252


Echangeur développé en surface frontale plutôt qu’en longueur

Pressure drop

Efficiency

5353


5454


Simulation tools developed at HEPL

SISAL Simulation de Systèmes

Accessible en Ligne

55

5656

Simulation du système de ventilation

Programme de recherche SISAL:Simulations de systèmes accessibles en ligne:https://sisal.provincedeliege.be/

5757

Nombre d’heures cumulées où le taux de CO2 dépasse un seuil

0 200 400 600 800 1000 1200 1400 1600 1800 2000 2200Cum

ulat

ed ti

me

abov

e [h

ours

/yea

r]

1430 h

1750 h

1070 h

2420 h

XCO2,in [ppm]

1000 h

500 h

2000 h

44%

60%

70%

100%

Before retrofitting

After retrofitting

After retrofitting withoutdouble flow ventilation


5858

Réduction du risque de surchauffe par bypass du récupérateurNombre d’heures cumulées où la température dépasse un seuil

16 17 18 19 20 21 22 23 24 25 26 27 28 29 30 31 320.01

0.1

1

tin [°C]

Cum

ulat

ed ti

me

abov

e

0.05

Bypass of Heat Recovery14 %

5 %

No Bypass

0.14

0.06 6 %

Air neuf

Air extrait

Bypass del’échangeurde chaleur


5959

Contacts

Luc PrieelsGreencomhttp://www.airria.be/accueil.html

Gabrielle MasyHaute Ecole de la Province de Liè[email protected]

Further information:BRICKER Project

http://www.bricker-project.com/

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