11-6 - Ouverture des fenêtres dans une maison passive (V2016)

Le sommaire des infos et concepts des maisons passives
Les fenêtres des maisons passives sont les radiateurs qu'elles n'ont pas par ailleurs. Elles limitent fortement les déperditions en hiver et les apports de chaleur en été. Couplées à une forte isolation et à une VMC double flux, elles sont au coeur de leurs exceptionnelles qualités de confort et de leurs performances thermiques. Peut-on alors ouvrir les fenêtres d’une telle construction, comme on le fait traditionnellement dans une maison classique, mais sans remettre en cause le confort et sans faire exploser la consommation de chauffage qui peut y être jusqu’à 4 fois inférieure à celui d'une construction seulement conforme à la RT2012, jusqu'à plus de dix fois plus faible que celui d'une construction conforme à la réglementation précédente et nettement plus pour les bâtiments plus anciens.

Les tenants de la maison passive diront « Oui » sans la moindre hésitation tandis que les détracteurs affirmeront « Non » avec la même assurance. Vous aurez la réponse après voir lu cet article…

Partant du principe fondamental qu’une réponse objective et réaliste ne peut pas simplement résulter d’un avis sans fondement, sans justification sérieuse, ou pire encore, d’une simple opinion orientée par l’intérêt personnel de celui qui l’émet, comment alors apprécier la réalité lorsque nous n’avons pas une maison passive pour en juger ? Il semble qu’il n’existe que deux solutions. La première est fondée sur la physique, et la seconde, sur des vérifications découlant de multiples retours d’expériences d’habitants de telles constructions.

Utilité de l’ouverture des fenêtres

Avant de savoir quelles sont les conséquences réelles de l’ouverture des fenêtres dans une construction passive, il paraît utile de se demander si cet usage habituel est toujours utile.

Les fenêtres sont traditionnellement ouvertes parce que les constructions anciennes ne disposent pas de systèmes de VMC et que la ventilation, qui résulte seulement des fuites du bâtiment, n’est pas toujours suffisante ou, en tout cas, n'est pas ressentie comme tel alors que pourtant, la plupart du temps l'air y circule à sa guise sans aucun contrôle. Cette pratique séculaire est tellement ancrée dans les habitudes qu’il est difficile, voire même quasiment impossible, de changer des comportements qui devraient pourtant être tout autre, non seulement dans les constructions passives, mais aussi dans toutes celles qui sont seulement très performantes, mais équipées de Ventilation Mécanique Contrôlée Double Flux.

Dans les bâtiments très performants, la ventilation double flux, généralement notée VMC double flux ou VMC 2F, amène en permanence, 24h sur 24, 365 jours par ans, l’air neuf et filtré, qui peut même être débarrassé des pollens, dans toutes les pièces de vies. L’air vicié est simultanément aspiré dans les pièces de services. Cet équipement joue un rôle similaire à celui des poumons dans le corps humain. Ils régulent la vapeur d’eau, le gaz carbonique, les COV, le radon… en bref, tous les polluants de l’air y compris les odeurs désagréables. Dans ces conditions l’ouverture des fenêtres, qui ne fonctionne que quelques minutes par jour, est totalement inutile. Cette action devrait seulement être réservée aux jours pendant lesquels la température extérieure est proche de la température intérieure.

Conséquences physiques de l’ouverture des fenêtres

Si l’ouverture des fenêtres n’est pas une nécessité en maison passive et découle plus d’un besoin psychologique que physique, c’est pourtant un fait rarement évitable. Cette action provoque une consommation supplémentaire d’énergie. Sa prise en considération ou plus précisément sa mesure peut, seule, permettre de déterminer son impact tant sur le plan énergétique que financier, sans oublier l’aspect environnemental de la pollution lié à la production supplémentaire de CO2. Cette quantification permettra de répondre à la question initiale de cet article.

Prenons une habitation de type maison passive de 100m2 de surface habitable, dans laquelle toutes les fenêtres sont ouvertes quelques minutes par jour pour obtenir un renouvellement complet de l’air sans que les parois ne se refroidissent à leur tour. D’une hauteur sous plafond classique de 2,50m le volume de cette habitation est de 250m3. Plusieurs questions se posent alors :
  • Quelle est la quantité d’énergie nécessaire au réchauffement de cet air si cette action n’est reproduite qu’une seule fois par jour ?
  • Quel est le besoin global pendant toute la période de chauffe ?
  • Quel est l’impact annuel de cette pratique sur le besoin de chauffage de la maison  et le prix de l'énergie?

Les mesures physiques attestent que l’énergie Q nécessaire pour chauffer un volume de matière est proportionnelle :
  • au volume à chauffer : V exprimé en m3
  • à la masse volumique de la matière : ρ exprimée en kg/m3
  • à la chaleur spécifique de la matière, aussi appelée chaleur massique : C exprimée en kWh/kg•K (Watt heure par kilogramme et par Kelvin) (0K = -273°C, 0°C = 273K)
  • à la différence entre la température initiale et la température finale à atteindre : ∆t exprimée en Kelvin (K)

Q = V ρC ∆t

  • La quantité d’énergie Q est exprimée en kWhu/j.
À pression normale, les caractéristiques du renouvellement d’air sont les suivantes :
  • Quel que soit le volume d’air renouvelé quotidiennement, lorsque les fenêtres seront refermées, c’est seulement le volume d’air total de la maison qui devra être chauffé une fois par jour : V = 250m3/j.
  • La masse volumique de l’air est ρ = 1,2 kg/m3
  • Sa chaleur spécifique est C = 1 005 J/kg•K = 1 005 Ws/kg•K = 0,279 Wh/kg•K.
  • Le couple ρCair = 0,33Whu/m3•K peut directement être intégré dans la formule
  • La température moyenne de l’air extérieur, pendant la période de chauffe, varie bien sûr d’une région à l’autre. Elle est d’environ 11°C dans le sud de la France et de 6°C dans le nord.
  • En prenant en compte une température normale de confort de l’air intérieur à 20°C, l’écart de température entre l'air intérieur et l'air extérieur ∆t est de 9°C dans le sud et de 14°C dans le nord.
  • La durée de la période de chauffe est de 178 jours dans le sud et de 205 jours dans le nord

Le besoin d’énergie nécessaire au chauffage quotidien de l’air neuf résultant de l’ouverture des fenêtres, calculé à partir des données et de la formule ci-dessus, est de 0,74kWhu/j dans le sud et de 1,16kWhu/j dans le nord de la France. Sur la période de chauffe, il est de 132kWhu/an dans le sud et de 237kWhu/an dans le nord. Ramené au m2 habitable, le besoin résultant du renouvellement d’air par l’ouverture des fenêtres est de 1,32kWhu/m2•an dans le sud et de 2,37kWhu/m2•an dans le nord. La consommation supplémentaire résultant de l’ouverture des fenêtres, quelques minutes par jour, le temps que le renouvellement de l’air se fasse sans que les parois ne soient refroidies, représente au maximum 16 % du besoin de chauffage d’une maison passive chauffée par l’air. Le surcoût annuel de l’énergie est de l’ordre de 36€ pour une maison de 100m2 située dans le nord et chauffée par effet joules, soit environ 3 euros par mois ou encore 10 centimes par jour.

Même si la présence d’une VMC double flux rend la pratique inutile et contre-productive sur les plans énergétiques et financiers, la seule réponse objective au sujet de la consommation de chauffage, indiscutablement démontrée par la physique, est donc la suivante :

Même si ce n'est pas vraiment utile puisque la ventilation fonctionne en permanence
les fenêtres d’une maison passive peuvent être ouvertes sans que la consommation de chauffage n’explose


Ouverture des fenêtres et retours d’expériences

Des retours d’expérience existent. Ils résultent de mesures effectuées dans des bâtiments labellisés qui sont occupés depuis plusieurs années et de comparaisons avec les besoins prévisionnels résultant des calculs thermiques initiaux. Ils peuvent également résulter de la comparaison de consommations influencées par les comportements des occupants de bâtiments identiques.

Les résultats sont probants. Lorsque les comportements individuels correspondent aux prévisions, les consommations des maisons passives correspondent aux besoins prévisionnels déterminés par le calcul PHPP. Lorsque le comportement des occupants est plus traditionnel, ou plus erratique, la consommation augmente. Elle peut pratiquement doubler en climat froid, si les fenêtres sont ouvertes trop longtemps au quotidien tel qu’une société de logements sociaux en a fait l’expérience à Fribourg.

La relativité de la surconsommation d’énergie liée à l’ouverture des fenêtres

Il faut remarquer que l’impact relatif de l’ouverture de même durée des fenêtres dans deux constructions proches, identiques sur tous les plans sauf celui des prestations thermiques, est beaucoup plus important dans une construction très performante que dans une construction classique. Une faible surconsommation de 1,5kWh, par exemple, représente une augmentation de 10 % dans une maison passive chauffée par l’air située dans le nord de la France, et pratiquement 20 % lorsqu’elle est construite dans le sud, alors que l’impact est fréquemment inférieur à 1 % dans une construction ancienne mal isolée. Le surcoût financier de cette ventilation est équivalent dans tous les cas parce qu’il ne dépend que des quantités d’air renouvelées et est donc indépendant de la performances thermique du bâtiment.

La nature a toujours raison

Si ouvrir les fenêtres est un besoin vital, les occupants des maisons passives ouvriront les fenêtres même après avoir lu cet article, ou du moins ce qui précède et ils en supporteront les conséquences… ou ils finiront par les laisser fermer parce que le concept passif associé à la nature les y incitera naturellement comme indiqué ci-après…

Le but d'une maison passive est d'investir dans la qualité thermique de la construction et non pas dans son système de chauffage. Il est de développer son patrimoine et non pas celui des fabricants de matériel de chauffage et des fournisseurs d'énergie. Pour résumer, le concept maison passive, simplifié à l'extrême, plus facile à expliquer qu'à mettre réellement en œuvre, n'est rien d'autre qu'une construction dotée d'une super isolation, de super fenêtres et d'une super VMC double flux, mais d'un chauffage rudimentaire et peu puissant pour l'hiver et sans système de climatisation en été.

En hiver, après avoir rapidement renouvelé et donc refroidi l'air d'une maison passive, l'ouverture d'une fenêtre au-delà de quelques minutes provoque le refroidissement de sa structure. À leur fermeture, il faut donc entièrement réchauffer la maison. Pour réchauffer l'air, il faut peu de puissance, mais pour réchauffer la structure, il en faut beaucoup. Le problème est que cette puissance, inutile en temps normal, n'est pas disponible car elle n'a pas été prévue si la conception de la maison a été optimisée. Il va donc falloir de nombreuses heures de chauffage ou beaucoup de soleil pour rétablir une situation de confort réel. Après quelques expériences de ce type, il est fort à parier que la durée d'ouverture des fenêtres sera fortement réduite et limitée aux quelques minutes nécessaires au renouvellement entier de l'air par convection notamment les jours les plus froids. Il en va bien sûr de même en été avec la chaleur des jours les plus chauds. En mi-saison ou chaque fois que la température intérieure et la température extérieure sont très proches, les fenêtres peuvent être ouvertes à volonté. Ce mode de fonctionnement n'a rien de spécifique ou d'exceptionnel. Il est même très similaire à celui des maisons traditionnelles.

En limitant le temps d'ouverture des fenêtres à celui nécessaire au seul renouvellement de l'air, le confort des maisons passives peut être assuré facilement. Au-delà, c'est tout aussi facile mais beaucoup plus lent du fait de la faible puissance du système de chauffage et de l'inertie de la construction. En définitive, le climat, et donc la nature, finiront encore par avoir raison. Associés aux concepts passifs, ils inciteront l'occupant à fermer les fenêtres rapidement et parfois même à ne pas les ouvrir.

Même si ce n'est pas vraiment utile puisque la ventilation fonctionne en permanence
les fenêtres d’une maison passive peuvent être ouvertes sans que le confort ne soit remis en cause


En résumé :

  • Oui, les fenêtres d’une maison passive peuvent être ouvertes quelques minutes par jour
  • Non, les fenêtres d’une maison passive n'ont pas besoin d'être ouvertes tous les jours
  • Les fenêtres devraient seulement être ouvertes longtemps, les jours où la température extérieure est proche de la température intérieure.
 

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