4-5 - Les critères du concept "Maison passive"

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives
Rappel du concept

Le concept de « Maison passive » consiste à améliorer les performances d’une construction jusqu’à ce que le niveau des besoins, attestés par le bilan thermique, soit suffisamment bas pour que la chaleur qui peut être amenée par le renouvellement d’air de la ventilation double flux puisse maintenir une situation permanente de confort sans système de chauffage classique.

L’air neuf amené grâce au réseau aéraulique de la VMC est en mesure d’assurer le chauffage lorsque la puissance minimale nécessaire à la construction peut être entièrement satisfaite par la puissance maximale de 10 W/m2Shab qu’il est capable de transporter pour satisfaire les besoins les jours très froids mais ensoleillé comme les jours modérément froids mais couverts.

Pmax = 10 Wu/m2SHab

Pour rappel et comparaison :

  • Contrairement au concept « Maison Passive » qui fixe la puissance maximale du chauffage par avance, tous les autres types de construction, qu’ils soient classiques ou basse consommation, nécessitent de définir, parfois par le calcul mais le plus souvent de manière pifométrique, la puissance du chauffage nécessaire pour assurer un niveau de confort admissible.
  • Alors que dans une maison passive la puissance maximale du chauffage est de 10W/m2SHab, elle peut atteindre dix fois plus en construction classique et dépasser les 100W/m2SHab, notamment dans l’existant.
L’étanchéité à l’air

Le chauffage par l’air ne peut être assuré par la VMC que si c’est elle contrôle effectivement l’apport d’air neuf et l’extraction d’air vicié. L’air qui pénètre ou sort sans passer par son échangeur, ses canalisations et son système de chauffage n’est pas à la bonne température. Il perturbe non seulement le fonctionnement de la VMC mais aussi le comportement thermique de toute la construction. L’air froid, qui pénètre directement en hiver par les défauts d’étanchéité contribue à limiter le confort et à augmenter des besoins. L’air chaud, qui s’introduit en été, surchauffe l’atmosphère intérieure au risque de pousser à la mise en œuvre d’une climatisation qui pourrait être évitée. Tous ces inconvénients peuvent être supprimés si le bâtiment est étanche à l’air. Pour s’assurer qu’il l’est, la seule solution est de réaliser des tests d’étanchéité.

Réaliser un test d’infiltrométrie consiste à créer une pression ou une dépression dans la construction grâce à un ventilateur et à mesurer la quantité d’air qui le traverse. L’écart entre cette quantité et celle qui devrait passer si le bâtiment était parfaitement étanche permet de déterminer la taille des fuites qui peuvent être repérées grâce à des fumigènes.

Il existe plusieurs méthodes de mesure et de calcul normalisées. Dans les maisons passives les tests sont réalisés, suivant la norme n50, en pression et en dépression sous 50Pa (Pascal). Le débit des fuites rapporté au volume de la construction est limité à 0,6 volume par heure afin d’assurer un fonctionnement correct de la VMC et surtout de pouvoir limiter la puissance effective de chauffage à 10W/m2SHab.

Débit de fuite n50max <= 0,60V/h

En corollaire de l’amélioration des performances thermiques, l’étanchéité à l’air qui réduit considérablement les risques d’exfiltrations d’air humide, élimine une grande partie des risques de condensation de la vapeur d’eau dans les murs extérieurs et des fissurations qui en résulte généralement.


Températures de confort

Le confort thermique optimal de l’homme s’obtient lorsque les déperditions du corps, par échange avec le milieu environnant, s’équilibrent avec sa propre production de chaleur. Les résultats d’études comportementales ont conduit à considérer qu’à l’intérieur des maisons passives, la température minimale de confort hivernal et la température maximale de confort estival doivent être respectivement de 20°C et 25°C.

Au-delà du confort, ces températures sont essentielles parce que toute modification de leur niveau modifie les besoins. Augmenter la température hivernale conduite à chauffer plus et donc à augmenter les besoins de chauffage. Baisser la température estivale pourrait conduire à la climatisation systématique alors qu’elle pourrait être fréquemment évitée.

Pour limiter le besoin de climatisation, tout en restant dans une situation de confort satisfaisante, il est admis que la température intérieure puisse dépasser 25°C à condition que la durée de franchissement de ce plafond soit inférieur à 10 % du temps compté en heure soit 876h/an.

En hiver, Tmin >= 20°C

En été, [Tmax > 25°C] <= 876h/an

Besoin maximum de chauffage

Les besoins de chaleur d’une construction passive résultent d’un calcul. Chaque fois que la température extérieure est inférieure à la température intérieure, il y a perte de chaleur. Cette perte de chaleur doit être compensée par des apports passifs ou des apports d’énergie extérieure pour que la température soit stabilisée. Les apports passifs sont le fait du soleil et de l’énergie interne produite par les occupants eux-mêmes ainsi que par tous leurs équipements. Lorsque les apports passifs sont insuffisants, il devient nécessaire de chauffer. L’énergie dépensée pour équilibrer pertes et apports passifs constitue le besoin de chauffage.

Le bilan annuel et la puissance de chauffage sont définis en terme d’énergie utile, l’énergie thermique nécessaire qui ne prend pas en compte l’efficacité du système de chauffage. C’est l’énergie finale, celle indiquée par les compteurs, qui intègre, en sus des besoins utiles, ceux résultant des pertes liées à la production, au stockage et à la distribution de la chaleur à l’intérieur de la construction. Celles nécessaires à l’extraction de la source d’énergie, pétrole ou charbon par exemple, sa transformation et son transport jusqu’à la construction, sont incluses dans les besoins en énergie primaire. La conversion de l’énergie finale en énergie primaire est réalisée grâce à des facteurs de conversion définis au niveau européen.

Pendant les heures les plus froides de l’année, la puissance de chauffage limitée à 10W/m2SHab permettra de fournir l’énergie nécessaire à l’équilibre global des apports avec les pertes. Le reste du temps seul une partie de cette puissance sera nécessaire. C’est le cumul, heure par heure, de l’énergie active nécessaire au maintien de la température, sur toute la période de chauffe, qui constitue le besoin de chaleur global annuel.

A construction équivalente, la quantité d’énergie nécessaire au chauffage dépend, entre autre, des températures extérieures, de la durée de la saison de chauffe, des apports solaires et de l’usage de la construction qui produit de l’énergie mais peut aussi faire grandement varier les pertes. La quantité d’énergie nécessaire à un bâtiment donné dépend du climat et du comportement de ses occupants.

Dans une habitation passive située dans un climat d’Europe centrale du type de celui de l’Allemagne, chauffée par l’air à 20°C, dont la puissance maximale de chauffage est limitée à 10W/m2 en conformité au concept, avec un usage normal, le cumul heure par heure de l’énergie nécessaire au maintien de la température, ramené au m2 de surface habitable, correspond à un besoin spécifique de 15kWhu/m2SHab/an. Par extension de ce résultat, il est admis qu’un besoin de chauffage limité à 15kWhu/m2SHab/an puisse se substituer à la limite de puissance du chauffage par l’air de 10W/m2SHab quelle que soit la région.

Bchmax <= 15 kWhu/m2SHab/an

Le besoin de chauffage doit être optimisé à 15 kWhu/m2SHab/an. Si les calculs montrent un besoin supérieur, les caractéristiques du bâtiment devront être améliorées pour atteindre cet objectif. Si les calculs montrent un besoin inférieur, ses caractéristiques devront être optimisées pour limiter le prix de construction.

Dans un climat différent, le besoin de chauffage est nécessairement différent. Plus le climat est froid et plus le besoin est fort et inversement, plus le climat est chaud et plus le besoin est faible. Dans le sud de la France le besoin spécifique peut défendre à moins de 10kWhu/m2SHab/an.

Besoin maximum de climatisation

Dans des climats chauds, il est possible que le besoin de climatisation devienne prépondérant. Un raisonnement similaire à celui précisé pour le chauffage conduirait à un besoin de climatisation équivalent. Les critères qui s’appliquent sont donc les mêmes.

Bclimax <= 15 kWhu/m2SHab/an

Les risques de la limite des besoins

Le calcul du cumul heure par heure de l’énergie nécessaire au maintien de la température, ramené au m2 de surface habitable, donne, en région chaude, un besoin de chauffage nettement inférieur à celui nécessaire en Europe centrale. En limitant uniquement le besoin à 15kWhu/m2SHab/an et non la puissance de chauffage à 10Whu/m2SHab, il est alors possible, dans ces régions, que le chauffage ou le rafraîchissement par l’air ne soit pas suffisant pour maintenir le confort en permanence.

Les données climatiques

Dans les maisons passives les puissances de chauffage et de climatisation sont calculées à partir des données climatiques standards modifiées par calcul de Simulation Thermique Dynamique pour s’adapter à la grande constance de temps des constructions dont la température ne varie que très lentement. Les données standards ne sont donc pas directement utilisables.

La consommation globale

La réduction optimisée du besoin de chauffage et de climatisation est le résultat du concept de « Maison Passive ». C’est le corollaire de la faible puissance nécessaire et indispensable au chauffage et de la qualité de l’étanchéité à l’air. Dans ces constructions, comme en général dans toutes les constructions basses consommation, la consommation d’énergie, principalement celle de l’électricité spécifique, finit par dépasser très largement les besoins de chauffage et de climatisation.

Une limite de consommation maximale d’énergie a donc été fixée à 120kWh/m2SHab/an pour la totalité des besoins, le chauffage, la climatisation, la ventilation, l’eau chaude sanitaire, l’éclairage, l’électroménager, la vidéo, l’informatique, internet, les télécoms…

Bepmax <= 120 kWhep/m2SHab/an

Par comparaison, la réglementation française ne prend actuellement en compte que les 5 besoins que sont le chauffage, la climatisation, la ventilation, l’eau chaude sanitaire et l’éclairage.

Les facteurs de conversion de l'inertie finale en énergie primaire du label maison passive sont basés sur ceux définis par l’Europe :

  • 0,6 pour le bois
  • 1,1 pour toutes les autres énergies hors électricité et
  • 2,6 pour l’électricité

Récapitulatif des critères des maisons passives

Les critères des maisons passives

Aucun autre critère n’est fixé et les obligations de résultat peuvent être atteintes par n’importe quel moyen conforme à la réglementation.

Le mode constructif est libre. La maçonnerie autant que le bois conviennent. En climat chaud, les matériaux massifs seront favorisés pour éviter des réchauffements trop importants en été. En région froide ce sera plutôt le bois plus facile à isoler. Le choix est peut être également déterminé par les connaissances du concepteur, essentielles pour des réalisations de qualité, et par les souhaits du maître d’ouvrage.

Les critères des bâtiments non résidentiels, bureaux, école, crèche… sont généralement les mêmes que ceux des bâtiments résidentiels.

Le respects des critères

Le seul moyen de vérifier le respect des critères est de réaliser des calculs thermiques avec le logiciel PHPP, Passive House Planning Package, du Passivhaus Institut.

Le contrôle des critères est réalisé à toutes les étapes du projet :

  • à la conception en vérifiant les plans d’ensemble, les plans de détail et les calculs thermiques du concepteur
  • en cours de chantier en contrôlant le respect des documents du marché et en vérifiant la qualité des matériaux, matériels et prestations fournis et mis en œuvre
  • en cours de chantier et à la réception par un test final d’étanchéité à l’air


En résumé :
  • Les critères sont au nombre de 5
  • Le principal critère concerne la puissance maximale de chauffage de 10W/m2SHab ou le besoin maximum limité à 15 kWhu/m2SHab
  • Le PHPP est le seul logiciel permettant de contrôler la conception et la réalisation


 Article précédent sur le sujet   Article suivant sur le sujet 
 

Sur le même sujet
Les maisons passives

  • 4-13 - Efficacité comparée des VMC double flux (A venir)