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Chauffer une maison très performante thermiquement

Les maisons de dernière génération, quelle que soit la technique retenue, quels que soient les matériaux choisis, réglementation oblige (RT 2012), sont performantes au plan thermique (en tout cas elles devraient l’être !). 

Il en va de plus en plus souvent de même pour les maisons anciennes qui peuvent, elles aussi, être amenées à des niveaux très élevés de performance thermique.

Attendu qu’on chauffe pour compenser les pertes, si celles-ci, et c’est le cas, sont très faibles, il sera nécessaire de chauffer très peu.

Pour ces maisons, le défi est de trouver des systèmes suffisamment peu puissants pour ne pas risquer la surchauffe. La difficulté est d’autant plus grande que cette faible puissance doit être compatible avec un très bon fonctionnement, et particulièrement en cas de combustion, que celle-ci soit aussi parfaite que possible..

Cet article est dédié à la quête de cette gageure du chauffage : faible puissance et haute performance. 

Nous verrons que beaucoup des solutions conventionnelles ne sont pas adaptées, qu’il faut ne pas s’en tenir aux dogmes et que, souvent, sortir des chemins battus est une bonne option.

Préalable

A défaut d’être forcément confortables (le confort ne pouvant être résumé à la chaleur ambiante), les maisons thermiquement performantes doivent pouvoir être chauffées avec très peu d’apport de calories pour compenser les pertes.

Nous avons déjà abordé ici les solutions conventionnelles applicables classiquement dans diverses situations.

Nous allons les rappeler succinctement et mettre des liens de renvoi vers les articles dédiés pour ceux qui voudraient plus de détails.

Nous allons préciser pourquoi certaines solutions, parfois pourtant préconisées, ne nous ne semblent pas forcément très pertinentes.

Le principe général de base du chauffage est qu’on chauffe pour compenser les pertes : faibles pertes implique faibles besoins de compensation, donc faible besoin de puissance de chauffe. 

Les pertes sont d’autant plus importantes qu’il fait froid à l’extérieur.

Il fait d’autant plus froid, particulièrement la nuit, que le ciel est dégagé, avec des nuits étoilées.

Si les nuits sont étoilées, les journées sont ensoleillées
Si la maison est bien conçue au plan bioclimatique, elle captera beaucoup de calories via le rayonnement solaire et il faudra en produire peu “artificiellement”.

Si le bâtiment est bien conçu (nous vous conseillons, à ce sujet, le livre “Conception bioclimatique” de J.P. Oliva et S. Courgey, aux Ed. Terre vivante), si les matériaux constructifs et d’isolation sont bien choisis, si les techniques retenues sont pertinentes, une partie des calories captées va être accumulée le jour et restituée la nuit.

Ce concept général apportera beaucoup de confort, ce qui abaissera le niveau de température nécessaire et contribuera d’autant à limiter les besoins en chauffage.

Production de la chaleur

Qui dit faible puissance dit … systèmes qui le permettentTrès souvent les besoins sont inférieurs (voir nettement inférieurs) à 5 kW et force est de constater que des systèmes classiques tels que chaudière ou poêle à bois bûche sont beaucoup trop puissants. Même la solution poêle à granulés risque d’être trop puissante.

chaudiere bois de buche

Une des solutions consiste alors à capter ou produire à l’instant T plus que nécessaire et stocker ces calories via tout système adapté. Le système le plus simple et le plus répandu consiste en un ballon d’eau chaude.

Il sera possible de venir y puiser les calories au fur et à mesure des besoins.

De nombreux systèmes permettent la mise en place de ce système, des moins aux plus puissants : panneaux solaires, géothermie, pompes à chaleur, poêles…

Il est évident que, compte tenu des faibles besoins, il faudra privilégier des appareils de faible puissance.

Certains systèmes, parfois décriés car non pertinents en cas de besoins importants de calories, deviennent très pertinents dans le cadre de très faibles puissances.

Nous pensons notamment au chauffage électrique et/ou au gaz. Nous y reviendrons plus avant.

Transfert de la chaleur

La chaleur peut être produite là où elle est distribuée (par exemple avec un poêle ou un insert).
Elle peut aussi être produite en un autre lieu (chaudière en sous-sol par exemple) ou captée directement à l’extérieur (panneaux solaires, géothermie…)

Il faut alors transférer les calories produites depuis le point de chauffe jusqu’au lieu de distribution.

Eau

Le vecteur le plus utilisé en France consiste en une circulation d’eau dans des tuyaux, parfois (de moins en moins) par thermosiphon, le plus souvent propulsée par un circulateur.

Les capacités en chaleur massique de l’eau en font un des meilleurs vecteurs possibles.

Air

Attendu que, souvent, les maisons thermiquement performantes disposent d’une VMC double flux, un circuit de distribution d’air neuf préchauffé est déjà disponible. L’utiliser pour transporter quelques calories supplémentaires peut être une bonne option.

Les quantités de calories transportées par l’air sont limitées (très faible capacité en chaleur spécifique de l’air). Cependant, dans le cadre de maisons très performantes thermiquement, ces faibles capacités peuvent suffire.

Distribution de la chaleur

Après production et/ou transport, les calories doivent être distribuées dans les lieux qu’il faut chauffer.

Radiateurs

Ils peuvent être autonomes ou alimentés après transfert de la chaleur tel que développé ci-avant.

Le remplacement de nos calories perdues est d’autant plus “confortable” qu’il se fait de la même manière, à savoir par rayonnement.

Radiateurs à circulation d’eau

Pour bénéficier du meilleur confort possible il faudra choisir des radiateurs fortement “émissifs”, donc lourds.

Or ce critère est opposé aux besoins de faible puissance.

Ces systèmes sont mal adaptés au chauffage de maisons à faible besoin.

“Diffuseurs” d’air chaud

Malgré les piètres qualités de transfert de calories de l’air, compte tenu des faibles besoins en calories de compensation par rapport à des fuites thermiques, il est possible, pour ce type de maison, d’envisager de tels systèmes basés sur des émetteurs alimentés par une pompe à chaleur ou une VMC Thermodynamique.

Le peu de besoin n’impose pas une grande quantité d’air pulsé, donc pas de désagrément lié au vent ou au bruit générés.

Plancher chauffant

Les systèmes de plancher ont été développés pour contrer les sensations de pieds froids.

Ils apportent un confort certain sur ce point. Cependant, sont-ils nécessaires et sont-ils pertinents ?

En effet, le choix de revêtements de sol peu caloporteurs pourrait éviter que les calories des pieds soient captées par le sol, ce qui éviterait le ressenti d’inconfort.

Systèmes à accumulation

Il s’agit de systèmes combinant une surface d’accumulation composée généralement d’une chape soit en béton au ciment Portland, soit de type anhydrite, chargée en calories via une résistance électrique ou via un serpentin à circulation de fluide.

Ils sont assez peu adaptés aux besoins des maisons performantes. En effet, celles-ci ne nécessitant que très peu de calories pour compenser les faibles pertes, elles sont extrêmement sensibles au chauffage et, attendu que le stockage des calories aura été déclenché préalablement à leur libération, selon des prévisions de température dans les quelques heures suivantes, la moindre erreur d’analyse peut engendrer des inconforts difficilement gérables (surchauffe).

Systèmes directs

il s’agit d’appareils qui, à la fois et instantanément, produisent et diffusent les calories.

Ils sont traités ci-après dans le cadre d’un paragraphe plus important.

Systèmes qui, à la fois, produisent et émettent les calories

Poêles à bois

Le plus souvent, du fait de la nécessité d’une faible puissance, il s’agit de poêles à granulés. Ceux-ci sont disponibles à des puissances relativement faibles (à partir de 5 kW).

Même aussi basse (par rapport aux habituels 12 à 25 kW préconisés dans des maisons moins performantes), une telle puissance peut être encore trop importante au vu des besoins.

Afin d’éviter les surchauffes, l’appareil fonctionnera alors de façon intermittente, ce qui permettra de s’adapter aux besoins mais fera baisser son rendement (l’allumage de ces poêles se fait à l’électricité, par effet joule).

Poêles au gaz

Alimentés soit via le réseau collectif de distribution de gaz, soit par raccordement à une cuve extérieure ou à des bouteilles, elles aussi traditionnelles, ces systèmes au gaz sont parfaitement adaptés aux besoins de maisons thermiquement performantes.

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Ils sont les seuls, avec les systèmes électriques, en capacité de répondre à des besoins très faibles en terme de puissance (à partir de 3 kW).

Les gaz de combustion peuvent être évacués via des ventouses. Certains sont étanches et donc bien adaptés aux contraintes de VMC double flux.

Plancher chauffant (systèmes directs)

Tel qu’abordé ci-avant, ces systèmes peuvent être “à inertie”. Nous les avons déjà traités. Contrairement à cette première famille, dotée d’inertie, une deuxième famille présente la faculté d’une réponse directe.

Systèmes à réponse rapide

L’objectif de ces systèmes est de répondre le plus rapidement possible aux besoins de chauffage.

Le plus souvent la production de chaleur est assurée par des panneaux électriques sous revêtement de sol léger (parquet…).

Ces panneaux sont de type à rayonnement.

Ils présentent l’avantage d’une réponse rapide et, même s’ils nécessitent une énergie souvent décriée, l’électricité, ils sont parfaitement adaptés aux maisons thermiquement performantes.
Leur limite est qu’ils chauffent l’habitat depuis un support bas qui émet vers notre partie d’organisme la moins apte à apprécier cet apport de chaleur, nos pieds et nos jambes (très peu de capteurs thermiques sensoriels : normal, nous ne sommes pas “naturellement” chauffés en provenance du sol).

Panneaux de murs rayonnants

Basés sur le même principe que les panneaux rayonnants au sol abordés ci-avant, tout comme eux, ces systèmes sont très bien adaptés à de faibles besoins et à une nécessité de réponse facilement mobilisable et modulable.
Autant il serait non pertinent de les prévoir dans des habitats peu performants, autant ils sont pertinents ici !

Un point qui peut être délicat : le positionnement du panneau rayonnant.

Il ne faudra pas poser un meuble devant (en allège, sous une fenêtre, peut être une bonne option), faute de quoi le rayonnement (vidéo) sera capté par celui-ci. Ce meuble monterait en chaleur et transformerait en grande partie le chauffage par rayonnement en chauffage par convection (vidéo), ce qui serait beaucoup moins confortable et efficient.

A contrario des sols chauffants, les panneaux de mur émettent vers la surface de notre organisme présentant la plus grande surface de captation des rayonnements, notre profil. Ceci est un gage de ressenti de confort optimal.

A noter que ces panneaux peuvent être percés, y compris pour le placement d’un boîtier électrique, sans altérer leur bon fonctionnement et sans risque au plan sécurité (48 volts). 

Plafond rayonnant

Même principe de chauffage que pour les sols et murs rayonnants, même constat : face à peu de besoin, ce système est parfaitement adapté.

Contrairement aux panneaux de murs, ils ont pour eux de ne pas être soumis à des aléas d’aménagement.

Contrairement aux panneaux au sol, ils chauffent vers une partie de notre organisme bien pourvue en capteurs d’analyse propres à déclencher le sentiment de confort : le haut de notre corps.

Tous ces points en font un système parfaitement pertinent pour ce type de maison.

Radiateurs électriques

Eux aussi sont souvent décriés, probablement à juste titre si on se remet dans un contexte de systèmes à effet joule installés dans des habitats “passoires énergétiques”.

Les maisons à grande performance énergétique sont aux antipodes de ces habitats, ce qui change complètement les données.

Si les radiateurs choisis sont de type à infrarouge, donc à chauffage par rayonnement, s’ils sont bien positionnés et de la puissance adéquate, ils représentent une des alternatives les plus pertinentes … ce qui nous laisse très dubitatifs vis-à-vis de la réglementation actuelle qui, vu le taux de conversion Energie Primaire/Energie Utile de 2,58 les exclut de facto !

Un projet de taux plus adapté (et probablement plus proche de la vérité) devrait leur permettre un retour remarquable sur le devant de la scène.

A ce titre, des taux de conversion d’une part, mais aussi des prises en compte de divers autres critères, nous vous recommandons l’ouvrage de Philippe Courtin “Pourquoi faire des économies d’énergie” aux éditions Connaissances et savoirs.

VMC double flux thermodynamique

Le principe de la Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) à double flux est assez simple.

L’air intérieur qui doit être changé est puisé dans l’habitat via un système de bouches placées dans les pièces humides (salle de bains, cuisine…) et relayées au système d’extraction via des gaines. Avant de le rejeter à l’extérieur, cet air va transiter au travers d’un échangeur qui en récupèrera les calories.

Avant d’être injecté, l’air neuf, puisé à l’extérieur, transite via l’échangeur afin d’être préchauffé grâce aux calories récupérées sur l’air extrait.

Dans le cadre d’une VMC double flux thermodynamique, une pompe à chaleur est ajoutée au système. Elle finit de chauffer l’air à la température requise avant insufflation via des gaines reliées à des bouches situées dans les pièces sèches.

Pour connaître des maisons ainsi équipées, nous confirmons la pertinence du système, même si le chauffage est assuré par de l’air soufflé.

Si les besoins sont faibles, l’air renouvelé est peu important et le souffle d’air ne nuit pas au confort, pas plus que le bruit de l’écoulement d’air, parfaitement inaudible (moins de 32 décibels).

Autres systèmes

Diverses solutions ont été développées.

Dans le cas d’espèce présent, le peu de besoin en chauffage (qui représente un frein sous certains aspects évoqués ci-avant) est une porte d’entrée pour des systèmes peu puissants (totalement inadaptés pour des habitats nécessitant l’apport de beaucoup de calories).

Mur Trombe

Ce système tire son nom de celui qui l’a développé, Monsieur Trombe.

Le principe consiste en un système passif qui vise, l’hiver, par thermosiphon, à recueillir de la chaleur générée par le rayonnement solaire sur la façade sud. L’été, le thermosiphon est inversé.

La présentation la plus complète que nous ayons trouvée est issue de Wikipédia. Nous en reproduisons ici les schémas de fonctionnement l’hiver et été.

Ce principe, simple et a priori efficace, ne s’est pas répandu autant que ses partisans l’aimeraient, pour plusieurs raisons.

Parmi celles-ci, à l’époque où l’énergie était peu chère, il ne présentait pas d’intérêt au plan économique.

Les premiers développements, bien que démontrant le potentiel du principe, n’ont pas été simples à mettre au point et à réguler.

La RT 2012, du fait de ses contraintes d’étanchéité au vent, a fortement limité son utilisation.

La RE 2020, prenant en compte les émissions de CO2, remettra-t-elle au goût du jour ce qui, au demeurant, semble être un principe très pertinent ?

Façades Lucido

Les façades Lucido sont une variante du système Trombe, visant à capter l’énergie solaire aux fins de faire monter la façade sud en température. 

Pour ce faire, cette façade est enfermée derrière une vitre et sa surface de captation des calories est augmentée grâce au profil particulier de pièces de bois disposées sur sa face extérieure.

Les calories ainsi captées sont stockées dans la paroi qui doit donc être massive et à capacité d’accumulation.

Pour avoir fréquenté le responsable d’un chantier en Suisse faisant appel à cette technique, nous confirmons son bon fonctionnement. Ceci s’était avéré d’autant plus pertinent que le projet se situait à plus de 1800 mètres d’altitude, au-dessus des couches habituelles de brouillard (couche d’inversion) et donc avec un excellent taux d’ensoleillement.

La difficulté de gestion de ce système, son nécessaire couplage à un autre du fait de son fonctionnement dépendant de l’ensoleillement, sont un frein indéniable à son développement.

Serre bioclimatique

Très chères aux Earthships développés par Michael Reynolds aux USA, ces serres bioclimatiques sont conçues de sorte à permettre, sous le rayonnement solaire, une montée en température d’un volume important de matériaux.

Earthships avec serre bioclimatique

Celles-ci, ayant capté et stocké de l’énergie le jour, la restituent la nuit.

Le système est très pertinent mais il représente une dépense importante, tant au plan financier que sous l’aspect des ressources utilisées pour l’édifier.

De ce fait et afin d’en améliorer l’amortissement financier, en ressources consommées et en émission de CO2 dues à la fabrication et au recyclage, il semble nécessaire d’exploiter cet espace supplémentaire pour une production alimentaire.

Les canadiens appellent ce type de volume “serre d’abondance”. 

Sur le papier, c’est probablement le cas mais de là à imaginer qu’elles suffiraient à nourrir une famille l’hiver, il y a un pas que nous nous garderons bien de franchir !

Energie fatale

L’énergie fatale est celle qui est émise par divers systèmes et qui, si on ne la capte pas, est perdue.

Un des exemples les plus simples est la chaleur émise par un moteur à explosion lors de son fonctionnement et évacuée via un circuit de refroidissement faisant appel à un radiateur et à un ventilateur.

Cette énergie est dissipée sinon la montée en température du moteur serait telle qu’il se dégraderait.

En simplifiant, attendu que le rendement d’un moteur à explosion est de l’ordre de 37 à 40 %, on peut considérer qu’environ 60 % du carburant utilisé est consommé en pure perte et que cette partie est de l’énergie fatale.

Par contre, tel que Lavoisier l’a exprimé, attendu que “rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme”, il est dommage de voir une grande partie de cette énergie fatale de nos moteurs se transformer en … réchauffement climatique !

Pour éviter cette perte, il est normal de vouloir récupérer cette énergie … sauf à ce que, pour se faire, on en consomme plus qu’on en récupère.

C’est ce que nous avons démontré ici au sujet des VMC double flux, précisément conçues pour récupérer l’énergie de l’air chaud extrait.

Autres systèmes, conventionnels

De nombreux autres systèmes, présentés ici, peuvent être envisagés.

La plupart présentent le handicap d’être trop puissants et doivent être couplés avec des moyens de stockage des calories en excès.

Comme pour les énergies fatales, il faut se poser la question de leur pertinence car le couplage de plusieurs systèmes peut vite s’avérer plus énergivore à la fabrication et à l’installation qu’ils ne seront vertueux à l’exploitation.

Conclusion

Compte tenu des connaissances acquises au fil du développement et de l’amélioration des principes constructifs, il est assez facile, de nos jours, de concevoir et construire des habitats très performants au plan énergétique.

C’est d’ailleurs une nécessité d’avancer encore et toujours dans cette voie.

Cependant, ce qui l’est moins, c’est de les maintenir dans une plage d’exploitation confortable et d’y éviter les surchauffes, tant l’hiver que l’été.

La tentation est grande d’aller vers des systèmes d’exploitation sophistiqués. C’est d’ailleurs souvent ce qui est proposé par leurs promoteurs et concepteurs.

Pourtant une évidence s’impose de plus en plus : il faut préférer des systèmes simples (des low-tech) car quel intérêt y aurait-il à mettre en œuvre des usines à gaz hyper complexes, donc gourmands en énergie grise, difficiles à gérer, coûteux pour leur entretien (y compris en ressources et matériaux divers), au prétexte de consommer peu et… au risque de ne jamais économiser assez d’énergie et de ressources diverses à l’exploitation susceptibles de compenser ce qui aura été nécessaire à leur construction, installation et recyclage ?

Images : Pixabay, Wikipédia, Build-green

 

Claude Lefrançois
Dans le bâtiment, par passion, depuis presque 40 ans, Ancien charpentier, ancien artisan, ancien constructeur de Maisons à Ossature Bois, ancien maitre d'œuvre, Ancien et encore formateur à l'isolation bio-sourcée, • Titulaire d'un brevet de construction de MOB en kit, Conférencier dans plusieurs domaines liés à l'éco-construction, l'éco-isolation, Youtubeur via des vidéos sur, dans un premier temps, l'isolation et l'efficacité énergétique et, parce qu'il faut aller plus loin, futurement, plus largement, le bâtiment responsable et pertinent, Initiateur et administrateur d'un groupe sur Facebook : Rénovation pertinente » . Pour ceux qui souhaiteraient plus d'informations : www.papyclaude.fr

Une réflexion sur “Chauffer une maison très performante thermiquement

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