Chauffer une maison très performante thermiquement

Les maisons de dernière génération, réglementation oblige (RT 2012), sont performantes thermiquement (en tout cas elles devraient l’être !). Les maisons anciennes peuvent également atteindre 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. C’est particulièrement le cas lors de combustion.

Préalable

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. S’il fait froid mais que le ciel est dégagé avec des nuits étoilées, les journées sont ensoleillées… Une maison bien conçue au plan bioclimatique (nous vous conseillons le livre « Conception bioclimatique » de J.P. Oliva, aux Ed. Terre Vivante), avec des matériaux constructifs et d’isolation bien choisis, captera beaucoup de calories via le rayonnement solaire. Il faudra donc en produire peu “artificiellement”.

La production de la chaleur

Qui dit faible puissance dit … systèmes qui le permettent. Très souvent les besoins sont inférieurs à 5 kW. 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.

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. 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.

Le transfert de la chaleur

La production de la chaleur peut s’opérer là où elle est distribuée mais, elle peut aussi être produite en un autre lieu. Il faut alors transférer les calories produites depuis le point de chauffe jusqu’au lieu de distribution.

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.

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. L’air transporte une quantité limité de calories (très faible capacité en chaleur spécifique de l’air). Cependant, dans le cadre de maisons très performantes thermiquement, ces faibles capacités peuvent suffire.

La distribution de la chaleur

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

• Des radiateurs pouvant être autonomes ou alimentés après transfert de la chaleur. Le remplacement de nos calories perdues est d’autant plus “confortable” qu’il se fait de la même manière, à savoir par rayonnement.
• Des radiateurs à circulation d’eau. Pour bénéficier du meilleur confort possible il faudra choisir des radiateurs fortement “émissifs”, donc lourds. Ce critère s’oppose aux besoins de faible puissance. Ces systèmes s’adaptent mal au chauffage de maisons à faible besoin.
• Des « diffuseurs » d’air chaud. Il est possible, pour une maison performante thermiquement, d’envisager de tels systèmes. Les émetteurs s’alimentent alors par une pompe à chaleur ou une VMC Thermodynamique. Le peu de besoin n’impose pas une grande quantité d’air pulsé. Il n’y a pas de désagrément lié au vent ou au bruit générés.
• Développé dans le but de contrer les sensations de pieds froids, le système du plancher chauffant apportent un confort certain sur ce point. Les revêtements de sol peu caloporteurs évitent que les calories des pieds ne soient captées par le sol. 
• Les systèmes à accumulation combinent une surface d’accumulation composée généralement d’une chape soit en béton au ciment Portland, soit de type anhydrite. Une résistance électrique ou un serpentin à circulation de fluide chargent cette surface en calories. Ils s’adaptent assez peu aux besoins des maisons performantes thermiquement.
• Les systèmes directs sont des appareils qui, à la fois et instantanément, produisent et diffusent les calories.

Les systèmes qui, à la fois, produisent et émettent des calories

• Le poêle 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, une telle puissance peut être encore trop importante au vu des besoins. Afin d’éviter les surchauffes, l’appareil fonctionnera de façon intermittente, ce qui fera baisser son rendement (l’allumage de ces poêles se fait à l’électricité, par effet joule).
• Les systèmes au gaz s’adaptent parfaitement aux besoins de maisons thermiquement performantes. Ils peuvent répondre à des besoins très faibles en terme de puissance (à partir de 3 kW). Des ventouses permettent d’évacuer les gaz de combustion. Certaines sont étanches et donc bien adaptés aux contraintes de VMC double flux.

• Les radiateurs électriques sont souvent décriés. Les radiateurs de de type à infrarouge, donc à chauffage par rayonnement, bien positionnés et de la puissance adéquate, représentent une des alternatives les plus pertinentes.
• Le plancher chauffant peut être à inertie ou doté de la faculté d’une réponse directe.
• Les systèmes à réponse rapide assurent la production de chaleur par des panneaux électriques sous revêtement de sol léger (parquet…). Ces panneaux sont à rayonnement. L’électricité est souvent une énergie décriée. Pourtant, ces panneaux s‘adaptent parfaitement aux maisons thermiquement performantes. Leur limite est qu’ils chauffent l’habitat depuis un support bas qui émet vers nos pieds et nos jambes.

La VMC double flux

• Le principe de la Ventilation Mécanique Contrôlée (VMC) à double flux est assez simple. Un système de bouches placées dans les pièces humides et relayées au système d’extraction via des gaines permettent de changer l’air intérieur. Avant de le rejeter à l’extérieur, cet air transite au travers d’un échangeur qui en récupère les calories. L’air neuf, avant d’être injecté, transite via l’échangeur afin d’être préchauffé grâce aux calories récupérées sur l’air extrait. Une pompe à chaleur s’ajoute au système, dans le cadre d’une VMC double flux thermodynamique. Elle finit de chauffer l’air à la température requise avant insufflation via des gaines reliées à des bouches situées dans les pièces sèches. Si les besoins sont faibles, l’air renouvelé est peu important et le souffle d’air ne nuit pas au confort. Le bruit de l’écoulement d’air sera alors parfaitement inaudible (moins de 32 décibels).

Les systèmes rayonnants

• Le principe des panneaux de murs rayonnants est le même que celui des panneaux rayonnants au sol. Tout comme eux, ces systèmes s’adaptent à des besoins faibles thermiquement 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 faut pas poser un meuble devant, 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 notre profil. Ceci est un gage de ressenti de confort optimal. Percer un panneau est possible, sans altérer leur bon fonctionnement et sans risque au plan sécurité (48 volts)
• Le principe du plafond rayonnant est le même que pour les sols et les murs rayonnants. Contrairement aux panneaux de murs, ils ne sont pas soumis à des aléas d’aménagement. 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.

Les autres systèmes

• Le mur Trombe tire son nom de celui qui l’a développé, Monsieur Trombe. Il s’agit d’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.

• Les façades Lucido sont une variante du système Trombe. Elles visent à capter l’énergie solaire afin de faire monter la façade sud en température. Une vitre enferme cette façade 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. Celle-ci doit donc être massive et à capacité d’accumulation. 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.
• Très chères aux Earthships, ces serres bioclimatiques sont conçues de sorte à permettre, sous le rayonnement solaire, une montée en température d’un volume important de matériaux.

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.

L’énergie fatale

L’énergie fatale est une énergie émise par divers systèmes et qui se perd si elle n’est pas captée. Un des exemples les plus simples est la chaleur émise par un moteur à explosion lors de son fonctionnement. Cette chaleur s’évacue via un circuit de refroidissement faisant appel à un radiateur et à un ventilateur. Cette énergie se dissipe 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. Cette partie est de l’énergie fatale. 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.

D’autres systèmes conventionnels

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

La plupart sont 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.

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 ?

 Si vous souhaitez en apprendre davantage, je vous invite à consulter mes ouvrages « Maison écologique, construire ou rénover » ainsi que celui traitant du confort “Les clés du confort thermique écologique”, édités chez Terre Vivante. Vous pouvez aussi télécharger mon ebook (gratuit) depuis mon blog : « Le confort »

Images : Pixabay, Wikipédia, Build-green

La lettre d'information de Claude Lefrançois, alias Papy Claude

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