Q2 : Faibles besoins énergétiques - Maison passive

F3Q2- Faibles besoins énergétiques : principe et réalisation de maisons passives.

 

Plan

1. Utopie ou réalité?
2. Un peu d’histoire
3. Constructions passives, principes
4. L’enveloppe et sa qualité
5. Les systèmes de production d’énergie
6. Exemples de réalisation

 

1) Constructions passives, utopie ou réalité ?

 

Définition : une construction passive au sens du standard allemand est une construction qui assure une température intérieure confortable en été comme en hiver, sans avoir recours à un système de chauffage ou de refroidissement traditionnel.

Exemples de systèmes conventionnels :

• Cheminée à insert
• Chaudière centrale (gaz, fioul, bois…) avec réseau de chaleur (distribution) et émetteurs (radiateurs)
• Poêle à bois (forte puissance)
• Émetteurs à effet joule (radiateurs électriques)
• Climatiseurs
• Pompes à chaleur (air/air, air/eau, eau/eau) de moyenne ou forte puissance.
• Donc un bâtiment passif ne signifie pas bâtiment sans chauffage.

Une « maison passive » est une maison qui utilise les énergies gratuites disponibles dans l’environnement immédiat de la construction :  

• Rayonnement solaire
• Apports métaboliques (habitants) : un adulte au repos génère environ 70 watts au repos et 110 à 120 watts en activité.
• Sources de chaleur interne : appareils électrodomestiques (réfrigérateurs, ordinateurs)

Attention : ne pas confondre « maison passive » avec la conception solaire passive ! Ce dernier terme ne correspond absolument pas au standard passif tel que définit par le PHI en Allemagne.

 

2) Un peu d’histoire

On peut constater une certaine évolution historique au fil des années :

La première maison passive construite est en fait un bateau: Le « Fram » de Fridtjof Nansen* (1883)

 

* “Dans la nuit et la glace”, F. Nansen 1887> www.fram.museum.no/en

Les murs sont recouverts de feutre goudronné, ensuite d’une épaisseur de liège, après une menuiserie de sapin, puis à nouveau une couche de feutre, puis un linoleum étanche à l’air et enfin une nouvelle boiserie. Ainsi, ils ont en tout une épaisseur d’environ 40 cm. La fenêtre par laquelle le froid pourrait entrer particulièrement facilement a été protégée par du triple vitrage et d’autre manière. Ici, c’est un lieu de séjour agréable et confortable. Que le thermomètre descende de 5° ou de 30° sous zéro, nous n’avons pas de feu dans le poêle. La ventilation est excellente... puisqu’elle évacue grâce au ventilateur l’air froid hivernal. Je joue avec l’idée de me débarrasser du poêle; il est surtout dans le chemin.

 

Plus récemment…

 

• 1990 : les maisons « basse énergie » sont courantes en Suède et au Danemark
• Dr Wolfgang Feist (Darmstadt, DE) & Bo Adamson (Lund, Suède) : maison passive = ne bénéficiant pas de système de chauffage actif conventionnel
• Définition élargie à tous les types d’énergie utilisés dans l’habitat + limite globale en énergie primaire (Ep)

 

La comptabilité énergétique

Après la définition du concept, les premières maisons passives ont été réalisées en 1991 à Darmstadt / Kranichstein. Malgré l’hiver rigoureux de 1995, il n’y a pas eu de  problème particulier pour maintenir le confort intérieur. Ces maisons ont été équipées de radiateurs mais ils n’ont pas été utilisés.

Constatation : la ventilation est capable seule de fournir l’appoint de chaleur nécessaire (20° dans le référentiel maison passive).

1997 : apparition des premières ventilations mécaniques double flux : extension du concept passif

 

Interview de Wolfgang Feist (Be.passive 01)

EN 18 ans d’utilisation, comment ces logements fonctionnent-ils aujourd’hui?

« Tout va bien ! En 18 ans, rien n’a changé. Aucun des composants n’a dû être remplacé ni réparé. Nous avons même remarqué que la maison réclame moins d’entretien aujourd’hui. Cela s’explique par le fait que nous avons moins de poussières dans la maison grâce aux filtres de la VMC. Ceci nous coûte moins cher que si nous avions dû repeindre l’intérieur (rire) ».

Donc du point de vue de la maintenance, ce bâtiment coûte moins cher qu’un bâtiment basse consommation ou qu’un bâtiment traditionnel.

 

3) Constructions passives, principes

Deux principes fondamentaux pour concevoir et réaliser selon le standard « passif »

• Minimiser à outrance les pertes d’énergie
• Optimiser les éléments techniques de base

1. Minimiser à outrance les pertes d’énergie : travailler sur l’enveloppe.

Dans une maison non isolée, il y a 30% de pertes d’énergie par la toiture.

La meilleure stratégie est de réduire les pertes de chaleur, ce qui est plus efficace (sous nos climats : froids et humides en hiver, tempérés en été) que l’utilisation passive ou active d’énergie solaire. Cette stratégie ne fonctionnerait pas dans le cadre d’autres types de climats.

Pour réduire les pertes de chaleur, il faut isoler (voire sur-isoler) et assurer une très bonne étanchéité à l’air (voir contenu de formation dédié).

 

L’isolation thermique :

Sur-isoler, c’est mettre au minimum 300 mm d’un isolant thermique au sens de la norme NF P 75-101 qui le définit comme « tout matériau dont la résistance thermique est supérieure ou égale à 0,5 m²K/W et le lambda < 0,065 W/M.K »

Matériaux : Coefficient de conductivité thermique (lambda), Résistance thermique équivalente (R)

Parois : somme des R (R tot) et calcul du coefficient de déperditions surfaciques (U)

Valeurs R, U et déperditions thermiques par année à Lille (Degrés Jour Unifiés)  pour 1 m2 de parois extérieure isolée en ouate de cellulose, pour différentes épaisseurs d’isolant

 

2. Optimiser les éléments de base

Rendre plus performants les équipements indispensables dans toute maison :

• Fenêtres : mais l’ouverture volontaire des fenêtres rend la qualité de l’air intérieur très aléatoire.
• Ventilation : pour avoir une bonne qualité de l’air intérieur, il est nécessaire d’avoir recours à un système de ventilation mécanique assistée (obligatoire en France pour les logements neufs depuis 1982). (Voir le module consacré à la qualité de l’air intérieur)
• Appoint de chaleur qui sert à produire la chaleur complémentaire pour assurer une température de consigne à 20° au sein de l’enveloppe.

L’appoint de chaleur : redistribution de la chaleur récupérée sur l’air vicié extrait.

 

Les critères du standard maisons passives (définis par le PHI de Darmstadt)

Le label passif allemand est le seul en Europe à avoir ce niveau d’exigence pour ces différents postes.

La règle utilisée au sein de Chênelet Construction est celle des 20-60 : 20 est le maximum de part de surface vitrée

Construction passive : construction conventionnelle ou filière d’éco-construction?

 

Les critères du standard maisons passives (définis par le PHI de Darmstadt)

 

Construction passive : construction conventionnelle ou filière d’éco-construction

Exemple de construction passive en Allemagne : polystyrène expansé, OSB menuiseries aluminium, étanchéité bitume coulé…

L’éco-construction selon Chênelet construction :

• Logement social
• Avec des personnes en insertion
• Avec des matières premières locales peu transformées (bois, argile, paille qui a été reconnue récemment comme matériau d’isolation, chanvre, lin…)
• Utilisation de matériaux sains, à faible impact (écobilan), générant de la valeur ajoutée (h de main d’œuvre)
• Constructions à charges maîtrisées
• Utilisation des énergies gratuites et renouvelables (conception bioclimatique, solaire ou biomasse)

4) L’enveloppe et sa qualité

 

• Conception bioclimatique  : favoriser les apports solaires gratuits
• Compacité : minimiser les surfaces déperditives pour un même volume habitable
• Vitrages très performants
• Favoriser l’inertie : la régulation naturelle du climat intérieur (voir le module de formation consacré à l’inertie
• Isolation thermique : point crucial en hiver (murs), très important pour dormir l’été (toiture)
• Ventilation nocture : le rafraichissement « free cooling »
• Les ponts thermiques : concevoir et réaliser des bâtiments sans ponts thermiques (psi <0,01 W/m.K)
• L’étanchéité à l’air : tout mouvement d’air au sein des éléments constructifs dégrade considérablement le pouvoir isolant équivalent. Une absolue nécessité en design passif

 

La conception bioclimatique

 

La Compacité : minimiser les surfaces déperditives pour un même volume habitable

 

L’inertie (capacité thermique globale)

 

L’isolation thermique : 30 cm de murs, 40 cm de toiture, 20 cm de dalles

 

Ventilation nocturne : le Free Cooling

 

Les ponts thermiques : un savoir faire « français »

 

Les ponts thermiques : un savoir–faire « français »

Les pertes d’énergie se situent  au niveau des menuiseries et au niveau de la liaison mur extérieur-rampant de toiture (plus qu’un pont thermique, il s’agit d’une zone complète non isolée).

L’étanchéité à l’air (mais pas à la migration de vapeur)

5. Les systèmes de production d’énergie

 

• Ventilation double flux avec échangeur à haut rendement : favoriser les apports solaires gratuits, particulièrement adaptée aux bâtiments à faibles besoins énergétiques.
• Production de l’eau chaude sanitaire : minimiser les surfaces déperditives pour un même volume habitable
• Besoins de chauffage complémentaires
• Ventilation double flux : un des équipements certifiés par le PHI (hwww.passiv.de/03_zer/Komp/Z_Komp_F.htm)

Quelques marques certifiées par le PHI : Paul, Zenhder, Plugit, Stiebel, Tecalor, MECO, HELIOS, AEREX…

 

Production de l’eau chaude sanitaire : favoriser les énergies renouvelables

Equipements électriques

Un principe : équiper la maison en appareils électrodomestiques à très faible consommation d’énergie

Voir le très bon site d’olivier sidler : Enertech

Dernière note technique sur les usages spécifiques

de l’électricité dans le secteur résidentiel (2009)

Enertech www.enertech.fr/Usages.html

 

4. Exemples de réalisation

• Film maison passive au Luxembourg http://www.youtube.com/watch?v=ZrakzBf-C7c
• Projet bâtiment passif paille à Landrethun le nord (conception en cours Chênelet construction)
• Projet coopérative Baraka, Roubaix
• Projet bâtiment passif paille à Landrethun le nord (conception en cours Chênelet construction, SCI Chênelet Habitat. Mathieu Marty Architecte)

 

Projet bâtiment passif paille à Landrethun le nord (conception en cours Chênelet construction, SCI Chênelet Habitat. Mathieu Marty Architecte)

Projet bâtiment passif paille à Landrethun le nord (conception en cours Chênelet construction, SCI Chênelet Habitat. Mathieu Marty Architecte)

Projet bâtiment passif paille à Landrethun le nord (conception en cours Chênelet construction, SCI Chênelet Habitat. Mathieu Marty Architecte)

 

Projet coopérative Baraka, Roubaix. Restaurant biologique dédié à l’insertion par l’activité de personnes en difficulté. Mathieu Marty architecte.

Principe de ventilation double flux avec mur capteur. Ingénierie SCOP SPL

 

6. Sources et liens

 

PHI : Passiv Hauss Institut, le site officiel du standard passif www.passiv.de

La maison passive France : le site de la maison passive France, association de professionnels portant la promotion de la conception passive en France (y compris cours en ligne) www.lamaisonpassive.fr

Plate forme belge « maison passive » : le site de la plate forme belge professionnelle dédiée à la promotion du standard passif en Belgique (pmp plate forme maison passive sur google). Lire la très bonne publication « Be.passive » disponible sur www.bepassive.be

Coopérative baraka :www.cooperativebaraka.fr

Chenelet construction : www.chenelet.org, avec modules de formation thématiques en ligne (chênelet construction)