Depuis 1974, date de l'apparition des exigences thermiques sur les bâtiments en France, les réglementations thermiques n’ont cessé d'évoluer pour rendre les bâtiments de plus en plus performants énergétiquement. Aujourd'hui, il apparaît nécessaire d'introduire d'autres indicateurs que la seule consommation d'énergie comme critère de performance d'un bâtiment.L'évaluation environnementale des bâtiments se base sur l'analyse de cycle de vie (ACV). A l'heure actuelle, il existe différents logiciels dédiés à l'ACV bâtiment avec leurs données, leurs méthodologies et leurs indicateurs propres.Par ailleurs, le développement des bâtiments producteurs d'énergie et des systèmes de gestion de la demande électrique soulève de nouvelles problématiques. En effet, l'approche actuelle en ACV tend à utiliser des résultats de simulations thermiques agrégés à l'année alors que pour évaluer les avantages et inconvénients de tels systèmes une granulométrie temporelle plus fine est plus adaptée.Les travaux de cette thèse portent plus particulièrement sur le calcul des impacts environnementaux de la consommation d'énergie en phase d'utilisation et visent à répondre aux problématiques suivantes :Comment, à partir d'un bilan énergétique exhaustif, peut-on récupérer l'information nécessaire à l'évaluation de l'énergie utilisée tout au long du cycle de vie d'un bâtiment ?Par la suite, quelles données environnementales pertinentes peut-on lui affecter ?Comment exprimer et afficher les résultats des impacts liés à cette utilisation d'énergie ?Ainsi, pour les bâtiments producteurs d'énergie, l'échelle de temps à laquelle doit être effectué le bilan énergétique (calcul import/export/autoconsommation) pour évaluer de manière correcte les impacts environnementaux liés à l'usage d'énergie est identifiée. De plus, un bâtiment peut utiliser des énergies renouvelables en profitant de la synergie que peut créer un ensemble de bâtiments, (mutualisation des productions en utilisant les meilleurs emplacements, foisonnement des consommations qui permet une éventuelle meilleure autoconsommation de la production). La manière dont le bilan import/export doit être effectué dans ce cas est déterminée.Les variabilités temporelles et spatiales des mix énergétiques utilisés dans le bâtiment à court et moyen terme sont caractérisées pour mettre en évidence leur influence sur les impacts environnementaux. Puis, l'utilisation de facteurs de caractérisation dynamique sur des cas d'études permet de mieux cerner les potentialités de l'ACV dynamique dans le bâtiment.Enfin, les différences dues aux méthodologies de prise en compte de l'énergie produite localement sur l'expression des résultats d’ACV sont présentées. Par ailleurs, la sensibilité des résultats d'ACV et des valeurs de référence à la variabilité de la donnée environnementale du mix électrique est exposée. / In France, since 1974 when the first thermal regulation on buildings appeared, thermal regulations have never stopped evolving in order to make more and more energy efficient buildings. Today, it is necessary to add new indicators, and not only energy, to describe building performance.Life Cycle Assessment (LCA) is the basis for buildings environmental assessment. Several building LCA software currently exist; they have their own methodologies and indicators.Besides, the development of buildings producing energy and of electrical load management systems raises new questions. Indeed, the current LCA practice use results from dynamic energy simulation at yearly level whereas assessing benefits and drawbacks of such systems has to be done with a smaller time step.This thesis is particularly focused on the calculation of the environmental impacts from energy consumption during the building use phase and aims to answer the following questions:From a complete energy balance, how can we extract information necessary to the assessment of energy consumption during the building life cycle?Then, which environmental data are relevant and should be assigned?How can you express and display impacts linked to energy use?Thus, for buildings producing energy, the time step that should be used for the energy balance (i.e. differentiation between energy consumed on site, exported and imported) in order to assess properly environmental impacts of energy consumption is identified. Moreover, a building can benefit from renewable energy sharing and thus, the way to realize the energy balance for building block is determined.Temporal (short and long term) and spatial variations of energy mixes used in a building are characterized in order to show their influence on the environmental impacts. Then, the use of dynamic characterisation factors on case studies allows to better understand the potentials of dynamic LCA for buildings.Last but not least, the differences between methodologies to handle onsite energy production on the results are presented. Besides, the sensibility of the LCA results and reference values to the variation of the electricity mix environmental data is displayed.

Kraven på att nybyggda bostäder ska vara energisnåla i driftskedet ökar hela tiden av flera anledningar. Dels vill brukarna hålla driftskostnaderna så låga som möjligt och dels är det miljöaspekten som spelar in. Men hur energisnål kan en villa egentligen göras och hur påverkas arkitekturen då den görs extremt energieffektiv? I den här rapporten utreds tio energieffektiva principer som kan användas för att göra en villa mer energisnål och energiproducerande. Alla tio principer har tillämpats i en villa som projekterats under arbetets gång. De tio principerna är: Husets utformning Konstruktion Isolerade skjutluckor Solceller Solavskärmning Energitak Uppvärmningssystem Vindkraftverk Vindskydd Medvetenhet och inredning Resultaten visar att villan kommer ge ett energiöverskott på cirka 6 000 kWh/år enligt enklare handberäkningar av husets energiförbrukning och den producerade energin. Arkitekturen blir tydligt påverkad av de energieffektiva principerna men huset är ändå fullt funktionellt. Att tillämpa tio energieffektiva principer i en villa kan vara svårt att försvara ekonomiskt då pay-off tiderna är långa på grund av höga investeringskostnader. Arbetet har utförts på KTH campus Haninge i samarbete med Sweco Architects AB. / The demands on newly constructed buildings to be energy efficient in the operational stage are increasing all the time by many reasons. Partly because the people living in the house want to keep the operational costs as low as possible and partly because of the impact on the environment. But how energy efficient can a villa be made and how does it affect the architecture when it is made extremely energy efficient? In this essay ten energy efficient principles are investigated which can be used to make a villa more energy efficient and energy producing. All ten principles have been applied in one villa that has been designed during this project. The ten principles are: The design and shape of the house Construction Insulated sliding slots Solar panels Sun shading Energy roof Heating system Wind power turbine Wind protection Consciousness and interior design The results show that the villa will produce an overbalance of energy of about 6 000 kWh/year according to simpler calculations of the house´s energy consumption and the energy that it produces. The architecture is clearly affected by the energy efficient principles but the house is still fully functioning. Applying ten energy efficient principles in one villa can be hard to motivate economically because of long pay-off times caused by high investment costs. This thesis has been made at KTH campus Haninge in cooperation with Sweco Architects AB.

A climate-neutral city can be viewed at in many different aspects. This report investigates the greenhouse gas, exergy and energy balance for both heat pumps and district heat supply at local, national and methane gas perspectives of the energy conversion processes. Through a numerical grey box model of a geographical information system based urban district. There seven different passive-, nearly zero-, and plus-energy residential buildings are implemented. That are developed and annually simulated in the IDA ICE software. There, thermal transmittance and building geometry are the most urgent parameters that impacts the space heating demand and energy performance. They are estimated by current and proposed primary energy weight factors where the geometry shape is undefined, while the altitude impact’s the building's energy, exergy, and greenhouse gas balance. Therefore high-rise building's energy performance are poorer than low-rise buildings, simultaneously as heat pump supply enables higher altitude than district heating. Other energy savings occur through additional energy-efficient technologies, energy generating technologies and soft tools that change residents’ behavior. The investigated urban district is placed in the Swedish city Gävle, which meets residents’ demand for approximately 6000 apartments without additional service. It is a plus energy district for heat pump supply and passive energy for district heating supply. Although the district heated urban district electricity-saving towards heat pump corresponds to 32 percent of the urban district's total facility and household electricity utilization. The energy analysis include the perspective of the facility’s energy utilization and generation, and the perspectives of residents’ energy utilization and recovery from their waste resource production. This makes the urban district exergy productive and carbon-negative during the operating phase, regardless of emission value and heat supply technology, since the facility perspective compensates for the residents’ electricity utilization and consumption of goods. Therefore, there are no need for tree plantation as compensation of greenhouse gas pollution since the carbon negativity corresponds to between 2 to 154 hectares of forest. The study is therefore relevant for other geographical locations in Sweden depending on geographical location, heat supply technology and emission value from the primary energy conversion processes. / <p>Förstudie i future heat projekt angående Framtidens klimatsmarta stad genom klimatneutral bebyggelse med fjärrvärme.</p>

La généralisation planifiée du Bâtiment à Énergie POSitive est un enjeu important de développement durable, notamment dans une vision à long terme. Cependant, concevoir de tels bâtiments à moindre impact environnemental et à des coûts maîtrisés pour le marché constitue une problématique complexe pour les professionnels du secteur. Ces travaux de thèse se sont ainsi intéressés au développement d’une méthodologie permettant de fournir une aide à la décision opérationnelle et robuste pour l’écoconception de maisons à énergie positive (MEPOS). Basée sur l’optimisation multicritère (via un algorithme génétique), la démarche proposée associe au sein d’une plateforme multi-outils, simulation thermique dynamique, analyse de cycle de vie, et fonctions de coût de construction, pour identifier, sur une base multicritère (front de Pareto) et sur le cycle de vie, des concepts de MEPOS performantes et fournir au décideur une description des meilleurs compromis. Également intégrées dans la plateforme, des méthodes d’analyses de sensibilité et d’incertitude offrent la possibilité de sélectionner les variables de conception les plus influentes en amont de l’optimisation, et d’évaluer le risque de non-robustesse d’une décision en aval de l’optimisation, notamment au regard des incertitudes sur le comportement des occupants (avec un modèle stochastique d’occupation), et de l’évolution prévisible du climat jusqu’à la fin du siècle. Via une collaboration avec un constructeur, la méthodologie a été appliquée en temps réel au sein d’un processus de conception intégrée d’une MEPOS. / The planned generalisation of Plus Energy Buildings constitutes an important topic for sustainable development, especially in a long term vision. However, designing such buildings at lower environmental impact and with competitive cost for the market constitutes a complex issue for the sector’s professionals. This thesis focused on the development of a methodology providing an operational and robust decision support to eco-design plus-energy houses. Based on multi-criteria optimisation (via a genetic algorithm), the proposed approach combines in a multi-tools platform, dynamic building energy simulation, life cycle assessment, and cost construction functions, in order to identify, on a multi-criteria (Pareto front) and life cycle basis, efficient plus-energy houses concepts and to provide decision maker a description of the best compromises. Also included in the platform, sensitivity and uncertainty analysis methods offer the possibility to select the most influent design variables before optimisation, and to evaluate the non-robustness risk of a decision after optimisation, especially regarding uncertainties on occupants’ behaviour (with a stochastic model of occupancy) and climate’s predictable evolution up to the end of the century. Via collaboration with a constructor, the methodology was applied in real-time throughout a integrated design process of a plus-energy house.