La maison passive et RE2020 est un moyen de réduire la consommation d'énergie (low-energy-house, ou maison basse conso, ou maison basse énergie). On désigne généralement par maison passive ou RE2020 un bâtiment qui est pratiquement autonome pour ses besoins en chauffage et rafraîchissement. Il se contente des apports solaires, des apports métaboliques (habitants, machines) et d'une très bonne isolation, ce qui relègue le rôle du chauffage à un simple appoint. La norme allemande "Passivhaus" est accordée à partir d'un besoin de chauffage inférieur à 15 kWh/m²/an, et un besoin de moins de 50 kWh/m²/an d'énergie finale (les 15 kWh/m²/an du chauffage + l'énergie nécessaire au chauffage de l'eau chaude sanitaire + l'électricité consommée par la ventilation et le rafraîchissement + électricité domestique). Un besoin en énergie aussi faible signifie qu'en pratique ces habitations n'utilisent le système de chauffage que quelques semaines par an (et non pas qu’elles n’ont pas besoin d’un système de chauffage). En comparaison, les logements des années 1960 et 1970 nécessitent en moyenne, 320 kWh/m²/an.
La norme passive et RE2020 fixe également des exigences minimales au niveau de la résistance thermique des différents éléments de l'ouvrage (murs, fenêtre, toit, etc.), cependant, il est possible d'obtenir les performances d'une maison passive et RE2020 sans pour autant respecter ces exigences. En effet, il y a deux manières de réduire les besoins énergétiques :
- la première consiste à isoler le bâtiment pour diminuer ses pertes, c'est la surisolation, qui utilise par exemple des triples vitrages et des épaisseurs d'isolant de plusieurs dizaines de cm.
- la seconde consiste à augmenter les apports solaires, c'est le bioclimatisme, qui cherche plus à capter mieux qu'à perdre moins (puisque l'énergie est gratuite et renouvelable).
Enfin, puisque les besoins sont diminués, la part des apports internes dus aux occupants de la maison et à leurs activités n'est plus négligeable, et au contraire devient un apport important. C'est pour ces raisons que l'on utilise le terme de "passif" car la majeure partie des besoins de chauffage et de rafraîchissement sont théoriquement remplis automatiquement, sans appareil mécanique ni surveillance ou programmation. L'inconvénient est que les performances de la maison deviennent vite dépendantes du mode de vie de ses occupants. Ceux-ci peuvent donc nuire au bilan final en utilisant mal les fenêtres ou le système de ventilation double flux (par exemple).
Principe de fonction
Principe I - réduire au maximum les pertes de chaleur
1- Diminuer les déperditions thermiques par transmission : pour ce faire, le coefficient de transmission thermique des parois extérieures de la construction (coefficient U) doit être inférieur à
0,15 W/m²K, voire 0,10 W/m²K. Le coefficient de transmission thermique de la fenêtre, constituée du vitrage, de son intercalaire et du châssis (Uw) doit être inférieur à 0,8 W/m²K. Le facteur
solaire du vitrage doit, lui, être supérieur à 50% afin de pouvoir encore bénéficier des gains d'énergie solaire en hiver.
2- Diminuer les déperditions actives thermiques par ventilation : L'approvisionnement en air frais est assuré par une une ventilation double flux ou une VMC double flux thermodynamique. L'alimentation et l'extraction mécanique permettent d'optimiser la ventilation suivant les besoins, et ce, indépendamment des conditions climatiques extérieures. Pour réduire les déperditions liées à la ventilation, la « maison passive » ou RE2020 sera obligatoirement équipée d'un récupérateur de chaleur (système double flux). Le taux de récupération de l'échangeur doit être au moins égal à 80%. Pour respecter l'objectif d'efficacité énergétique, il est impératif que l'énergie de ventilation soit inférieure ou égale à 0,4 Wh par mètre cube de volume d'air acheminé. L'efficacité thermique du système de ventilation peut être améliorée par l'usage d'un échangeur air/sol (puits canadien ou puits provençal) ou eau/sol (puits canadien hydraulique) qui préchauffe en hiver et pré-rafraîchit en été l'air neuf. Il supprime aussi totalement les risques de gel de l'eau condensée dans l'échangeur récupérateur.
Les pertes de chaleur par transmission de l'enveloppe sont très réduites grâce à une isolation thermique renforcée si bien que les pertes calorifiques par « infiltration » d'air peuvent devenir prépondérantes et constituer la principale cause de perte de chaleur. C'est pourquoi, une attention toute particulière doit être portée à la réalisation de l'étanchéité du bâtiment, mûrs et surtout ouvertures portes et fenêtres. Il est donc indispensable d'utiliser une ventilation double flux performante ou une ventilation double flux thermodynamique afin de renouveler l'air consommé par les habitants. En effet, dans une maison étanche il faut renouveler l'oxygène et évacuer dioxyde de carbone et vapeur d'eau, ainsi que toutes les odeurs et émissions créées à l'intérieur du bâtiment (cuisine, produits de nettoyage, résidus de construction comme les solvants de peinture, vernis ou colles, aérosols et en règle générale, tous les composés organiques volatils, abrégés COV). La ventilation double flux permet donc d'empêcher l'accumulation d'éléments toxiques dans l'air qui rendraient l'intérieur particulièrement malsain.
Dans la plupart des maisons passives ou RE2020, l'air extérieur est au préalable préchauffé dans un échangeur à chaleur air/sol (puits canadien hydraulique ou puits provençal). Ensuite cet air préchauffé se réchauffe à nouveau dans le récupérateur de chaleur de la double flux qui extrait la chaleur de l'air sortant (un avantage majeur de l'échangeur air/sol est qu'il assure une température positive à l'entrée du récupérateur air/air et évite totalement le risque de givrage). De plus, si la double flux intègre une pompe à chaleur (ventilation double flux thermodynamique), cela permet d'ajouter les derniers degrés nécessaires au chauffage et également le confort de rafraîchissement l’été.
Principe II - Maximiser les gains de chaleur
Le réchauffement général a lieu passivement :
- l'utilisation du chauffage solaire passif au travers des fenêtres ou des façades de verre ;
- la chaleur perdue des appareils électriques et l'habitant.
Sur la base des faibles besoins en énergie de chauffage et rafraîchissement, une maison passive ou RE2020 devrait pouvoir fonctionner sans un chauffage conventionnel, mais avec un simple chauffage d'appoint comme une VMC thermodynamique.
Avantages
- Conservation de la chaleur à long terme (sous réserve d'utilisation de matériaux d'isolation durables).
- Bien moins de problèmes d'humidité (sous réserve du bon entretien de la VMC double flux).
- Plus de confort grâce à un meilleur équilibre de la température et de l'humidité.
- Une meilleure qualité de l'air.
- Économiquement attrayant grâce à des coûts de chauffage et de rafraîchissement très faible.
- Écologique: protection des ressources, émission réduite de CO2.
Deuxième pilier : La ventilation double flux
Le deuxième pilier du concept de « maison passive » ou RE2020 est la ventilation en fonction des besoins. Elle assure continuellement une parfaite qualité de l'air interne et cela indépendamment des conditions climatiques externes. C'est, en quelque sorte, «le cœur de la maison passive ou de la RE2020».
Une ventilation mécanique contrôlée (VMC) à double flux à haut rendement avec récupération de chaleur insuffle de l'air neuf dans les espaces de vie (chambre, séjour, bureau) et extrait l'air vicié des espaces utilitaires (salles d'eau et de bain, cuisine, toilette). Moyennant un échangeur de chaleur efficace, l'air neuf est préchauffé par la chaleur de l'air vicié évacué sans mélanger les flux.
Une bonne ventilation à double flux ou une VMC thermodynamique assure un renouvellement d'air adapté à l'occupation de la maison et indépendant du climat ou de la météo. Cependant, pour que le système marche convenablement, il est indispensable de laisser les fenêtres et portes fermées. En effet, l'air est insufflé dans certaines pièces et aspiré dans l'autre, il circule des unes vers les autres en passant sous les portes intérieures (qui pour cette raison doivent avoir au moins 1 cm d'espace entre le bas de la porte et le sol). Si une porte ou une fenêtre extérieure est ouverte, le flux d'air entre les pièces sera complètement modifié, les échanges ainsi créés ne passeront plus par l'échangeur et donc, la chaleur récupérable ne le sera pas. Dans une maison équipée d'une bonne VMC double-flux ou ventilation thermodynamique, la ventilation par ouverture des fenêtres est inutile, car les débits sont supérieurs aux besoins de renouvellement.
Un tel système de ventilation double flux permet de contrôler en permanence l'air introduit dans la maison (puisque l'entrée d'air est unique) ce qui permet de le filtrer et de
le débarrasser de toutes particules, pollen ou agent allergène. Attention cependant, les filtres exigent un entretien régulier sous peine de réduire le débit, d'augmenter la consommation
énergétique et de diffuser de l'air encore plus pollué que celui d'origine.
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