Faible consommation d'énergie
de chauffage- principes généraux
Forme du bâtiment - principes
Isolation thermique - principes
FAQ relatif à l'isolation thermique
Ventilation - principes
Utilisation de l'énergie solaire passive
- principes
Energies renouvelables - principes
Contexte et cadre législatif relatif à
l'énergie de chauffage des bâtiments en Suisse
Bibliographie
Faible consommation d'énergie
de chauffage-principes généraux
Stratégie du chaud: conserver, capter,
stocker
Une série de stratégies
passives basiques complémentaires (conserver,
capter, stocker) permettant de diminuer très largement
la consommation d'énergie pour le chauffage.
1. Conserver, minimiser les déperditions par transmission
à travers l'enveloppe
a) par la forme du bâtiment
Le bâtiment idéal, vu sous l'angle de l'économie
d'énergie de chauffage, est celui qui par une forme compacte,
il offre une surface minimale d'enveloppe (façades, toitures,
sol) pour un volume intérieur donné. Moins il y a
de surfaces en contact avec l'extérieur, moins il y aura
des déperditions.
b) par l'isolation
thermique et l'aération
Une enveloppe du bâtiment très
bien isolée et étanche à l'air réduit
de manière spectaculaire les pertes de chaleur mais élimine
également quasiment tout renouvellement d'air naturel lorsque
les fenêtres sont fermées. L'installation d'une ventilation
mécanique à double-flux avec récupération
de chaleur sur l'air extrait (air vicié) permettra une réduction
supplémentaire des pertes tout en offrant un renouvellement
d'air adéquat relatif à la qualité d'air intérieur.
2. Capter et stocker, utilisation
de l'énergie solaire passive
On peut favoriser des gains d'énergie
non négligeables en orientant favorablement le bâtiment.
De grandes surfaces vitrées en façade sud sont particulièrement
efficaces, si l'on prévoit des sols, murs et plafonds lourds
qui permettent d'accumuler la chaleur, et un système de chauffage
à faible inertie, capable de réagir rapidement. Attention,
les grandes surfaces vitrées doivent pouvoir être protégées
pour éviter les surchauffes estivales !
La combinaison de ces stratégies passives
permet d'atteindre des bâtiments à basse consommation
d'énergie de chauffage (standard Minergie par exemple), pour
un résultat financier globalement intéressant. Les
avantages pour l'environnement seront encore plus grands, si les
besoins en énergie restants sont couverts par des énergies
renouvelables.
Forme du bâtiment
- principes
Le bâtiment idéal,
vu sous l'angle de l'économie d'énergie de chauffage,
est celui qui par une forme compacte, il offre une surface minimale
d'enveloppe (façades, toitures, sol) pour un volume intérieur
donné. Moins il y a de surfaces en contact avec l'extérieur,
moins il y aura des déperditions.
L'importance du facteur de forme
Pour chaque projet de construction, il y a donc
lieu d'examiner la possibilité de réunir un maximum
d'espace en des volumes simples et compacts. Cette
recherche (d'une forme compacte) peut toutefois entrer en conflit
avec d'autres exigences, les contraintes du site par exemple, la
volonté de tirer le meilleur parti de la lumière naturelle
ou alors des impératifs liés à l'affectation
du bâtiment. Il s'agira dans ce cas de trouver le meilleur
compromis.
Des formes compactes et simples apportent, en
plus des économies d'énergie de chauffage, également
d'autres avantages écologiques et économiques directement
chiffrables.
L'exemple ci-dessous illustre notre propos en comparant
trois modes constructifs différents, à savoir: 8 logements
séparés, 2 petits bâtiments de 4 logements chacun
et 1 bâtiment plus grand de 8 logements.
Source: "Savoir construire écologique
et économique, Guide pour le maître de l'ouvrage"
/ H.R.Preisig, W.Dubach, U.Kasser, K.Viridén / ISBN 3 85932
284 2 / Werd Verlag, Zürich, 1999
1) Enveloppe du bâtiment comprenant les façades
et les toitures.
2) Energie grise: énergie nécessaire pour la fabrication
de l'ensemble des matériaux, y compris le sous-sol.
3) Selon CFC 2 (code des frais de construction), uniquement pour
la construction du bâtiment, sans terrain, frais secondaires
ni honoraires.
Enveloppe du bâtiment
La surface de l'enveloppe se réduit de 26%, respectivement
de 65%, ce qui diminue fortement les coûts de construction,
de chauffage et d'entretien.
Energie grise
Réduction de 13%, respectivement 39%, de l'énergie
grise, ce qui diminue l'impact sur l'environnement et économiese
des ressources.
Energie pour le chauffage
Réduction de 11%, respectivement 31%, de l'énergie
de chauffage.
Coût de construction
Réduction de 13%, respectivement de 42%, du coût de
construction.
Part proportionnelle du terrain
Réduction de 30%, respectivement de 66%, de la surface nécessaire
de terrain.
Isolation thermique
- principes
Une bonne isolation thermique de l'enveloppe est
la mesure la plus efficace pour réduire les pertes de chaleur
d'une construction. Une bonne isolation permet non seulement de
diminuer les besoins d'énergie de chauffage mais également
par la suite, les émissions en CO2. L'amélioration
de l'isolation conforme au standard SIA 380-1, de l'ensemble du
parc immobilier suisse existant permettra de réduire les
émissions de Co2 d'environ 10 millions de tonnes par an.
Pour maintenir le niveau d’eau dans
ce sceau percé, il faudra régler le débit de
l’eau pour compenser les fuites. De même dans un bâtiment,
pour maintenir un température de confort, il faudra dimensionner
les apport de chaleur de manière à compenser les pertes
à travers les composants de l’enveloppe du bâtiments
et les pertes provenant du renouvellement d’air. Un sceau
de meilleure qualité, de même qu’un enveloppe
de meilleure qualité, permettront de limiter les besoins
respectivement en eau et en chaleur.
Voici un comparatif visuel des différents
standards préconisés actuellement:
Standard SIA 380-1 / Standard "Minergie" / Standard "Passif"
Standard SIA 380-1 / Standard "Minergie" / Standard "Passif"
Détails du standard « SIA
380/1 »
Détails du standard « Minergie
»
Détails du standard « Passif »
FAQ
relatif à l'isolation thermique
Le thèrme de l'isolation thermique soulève
souvent les questions suivantes:
Isolation intérieure
ou extérieure?
L'isolation extérieure est en principe largement favorable
par rapport à une isolation intérieure. La pose de
l'isolation par l'extérieur permet d'éviter de nombreux
pont thermiques et augemente l'inertie du bâtiment
(accumulation de la chaleur dans la masse).
Il convient de savoir que les déperditions de chaleur à
travers des ponts thermiques importants peuvent augementer jusqu'à
30% les consommations d'énergie de chauffage d'un bâtiment
!
Quel est le matériau
d'isolation adéquat?
Il n'existe pas de matériau universel, les différents
matériaux d'isolation possèdent leur caractéristiques
propres. C'est l'affaire de l'architetce de choisir le matériau
approprié, en concordence avec l'ensemble des exigences de
la construction (sécurité feu, humidité, résistance
au choc, etc).
Pouvons-nous atteindre
une isolation thermique suffisante, avec une couche de 12cm d'épaisseur?
L'épaisseur de la couche d'isolation thermique nécessaire
permettant de limiter les besoins en énergie de chauffage
à un niveau donné dépend de nombreux facteurs
tel que la forme du bâtiment, les gains solaires passifs potentiels,
le climat, la présence ou l'absence de ponts thermiques et,
bien évidamment, également des autres couches constituant
l'élément d'enveloppe étudié (sur un
mur en briques de terre cuite, bien isolantes, la couche d'isolation
pourra être moins épaisse que sur les murs en silico-calcaire
ou un mur en béton, qui n'isolent quasiment pas, pour atteindre
la même qualité thermique).
La forme du bâtiment, plus ou moins compacte,
est un des facteurs les plus significatifs relatif à une
réduction des besoins en énergie de chauffage ! Selon
le facteur de forme, l'épaisseur de l'isolation thermique
nécessaire pour atteindre une performance donné, peut
varier d'une manière impressionnante: ainsi, l'épaisseur
d'isolation thermique nécessaire peut être de 12, 14
ou 18cm pour atteindre le standard minimum légal définit
dans la norme SIA 380/1, de 14, 20 ou 24cm pour atteindre le standard
Minergie, ou alors, encore beaucoup plus (24, 28 ou 36cm) pour atteindre
des standards supérieurs tel que le "Standard maison
passif"...
L'énergie nécessaire
à la production de l'isolation thermique n'est-elle pas supérieure
aux gains énergétiques attendus?
Même pour des épaisseurs d'isolation importantes, les
durées d'amortissement énergétiques sont au
maximum de quelques années. Cela dépend, bien-entendu,
également du type d'isolation et de l'énergie nécessaire
à sa fabrication (énergie grise).
Les bâtiments ne
seront-ils pas trop étanches à l'air si l'on utilise
des épaisseurs d'isolation trop importantes?
L'isolation thermique n'a aucune influence sur l'étanchéité
à l'air de l'enveloppe. A titre d'exemple, une parois crépie
à la même étanchéité à
l'air, avec ou sans isolation thermique.
La condensation sur les
vitres des fenêtres apparaissant après la rénovation
du bâtiment n'est elle pas due à l'isolation thermique
supplémentaire?
La formation d'eau de condensation sur les vitres est signe d'une
humidité relative de l'air intérieur trop élevée
et d'un renouvellement d'air insuffisant. Le renouvellement d'air
est influencé essentiellement par l'étanchéité
des fenêtres et par les habitudes d'aération des utilisateurs,
elle n'a rien a voir avec l'isolation thermique. Le remplacement
de vieilles fenêtres, largement inétanches à
l'air, par des fenêtres neuves étanches à l'air,
implique donc une modification des habitudes d'aération des
utilisateurs et/ou la mise en place d'une installation de ventilation
mécanique contrôlé, simple- ou double-flux.
En outre, il faut être prudent lors de l'application de l'isolation
thermique du côté interieur des murs: elle peut conduire
au renforcement des ponts thermiques existants favorisant ainsi
la condensation et la formation de moisissures.
Surcoût pour isolation
supplémentaire?
Le surcoût pour l'isolation supplémentaire d'un bâtiment
est peu important. En général, il est compensé
rapidement par les économies réalisées sur
les frais d'eploitation.
Ventilation
- principes
Chaque bâtiment a besoin d'un concept d'aération
adéquat permettant d'assurer un taux de renouvellement d'air
satisfaisant les besoin des occupants. Le renouvellement d'air permet
d'éliminer l'humidité et les substances nocives dégagées
par les occupants et le matériaux mise en oeuvre. L'apport
d'oxygène est, en général (sauf pour des espaces
réunant un nombre important de personnes pour un volume réduit
tel que par exemple des salles de classes dans une école
ou une salle de conférence, etc.), de moindre importance,
ce qui compte c'est l'apport d'air frais.
Principes d'aération
La définition d'un concept
d'aération n'est pas du seul ressort de l'architecte. Elle
se fait en commun avec le maître de l'ouvrage et l'ingénieur
chargé des installation techniques. Chaque concept possède
ses avantages et ses inconvenients spécifiques, auxels le
maître de l'ouvrage devra âtre confronté.
On distingue:
• L'aération traditionnelle par ouverture des fenêtres.
• Les installations d'extraction mécanique d'air,
dites "simple flux"
• Les installations d'extraction et d'injéction mécanique
d'air, dites "double-flux"
Aération par les fenêtres
La seule aération par les fenêtres demande une
très grande discipline de la part des utilisateurs, en particulier
dans des bâtiments récents (ou des bâtiments
récemment rénovés) munis d'enveloppes presque
parfaitement étanches à l'air. Dans un ménage
de quatre personnes par exemple, il est nécessaire d'aérer
de quatre à six fois par jour. Ceci peut être insupportable,
si l'immeuble est situé au bord d'une route à fort
trafic.
Installation d'extraction mécanique
d'air (simple-flux)
Les installations d'extraction permettent d'évacuer,
de manière efficace, les apports d'humidité à
leur source, par exemple dans les cuisines et dans les salles de
bains. L'air extrait est alors remplacé par de l'air frais
qui penètre par des grilles de ventilations aménagées
en façade. Cet apport d'air frais (et froid en hiver) peut
provoquer des courants d'air et refroidir les pièces.
Installations d'extraction
et d'injection mécanique d'air (double-flux); jondre l'utile
à l'agréable!
Les installations d'extraction et d'injection mécanique
d'air garantissent au mieux un taux de renouvellement d'air suffisant
ainsi qu'un air ambiant de bonne qualité. Ces installations
nécessitent toutefois des équipements technique supplémentaires
et un réseau de gaines conséquent et des équipements
qu'il s'agit également d'entretenir !
Les avantages d'une ventilation à double-flux sont les suivants:
• Evacuation continue de l'humidité et des polluants
de l'air ambiant, en particulier lors de l'absence des habitants,
pendant la journée ou pendant les vacances.
• Apport continu d'air frais, toutes fenêtres fermées.
Avantageux près de routes bruyantes, et comme sécurité
contre les cambriolages!
• Possibilité, en hiver, de récupérer
de la chaleur sur l'air vicié extrait servant à préchauffer
l'air frais injecté, ce qui permet d'économiser de
l'énergie.
Afin de réaliser les économies d'énergie
potentiels, les installations de ventilatiuon à double-flux
exigent une certaine discipline de la part des occupants. En effet,
l'ouverture des fenêtres n'est plus impératif pour
garantir une qualité d'air saine pour le bâtiment et
ses habitants et peut, par conséquent, être que occasionnelle.
Utilisation de l'énergie solaire
passive - principes
Utilisation de l'énergie solaire passive
par vitrages bien orientés
On peut favoriser
des gains d'énergie non négligeables en orientant
favorablement le bâtiment.
De grandes surfaces
vitrées en façade sud sont particulièrement
efficaces, si l'on prévoit des sols, murs et plafonds lourds
qui permettent d'accumuler la chaleur, et un système de chauffage
à faible inertie, capable de réagir rapidement. Attention,
les grandes surfaces vitrées doivent pouvoir être protégées
pour éviter les surchauffes estivales !
Exemple: Maison Zero Energy, standard Passif,
Trin, CH, altitude 1500 m, Architect: Andrea-Gustav Rüedi-Marugg
Un volume compact, une enveloppe bien isolée,
un climat ensoleillé, le stockage de l’énergie
solaire dans la masse du bâtiment, conjugé à
une gestion simple mais adaptée de la ventilation et des
protections solaires, font que le confort thermique est peut être
assuré quasiment sans appoint de chauffage auxiliaire.
Energies
renouvelables - principes
Une bonne isolation thermique de l'enveloppe et
des appareils performants permettent de réduire très
fortement les besoins en énergie d'un bâtiment. Dans
la mesure du possible, les besoins en énergie restants devraient
être couverts par des énergies renouvelables.
Les capteurs solaires thermiques
destinés à la production de l'eau chaude sanitaire
L'eau chaude produite par des capteurs solaires thermiques revient
au même prix, voire, dans des bonnes conditions, moins cher
que celle utilisant les sources d'énergies traditionnelles,
non renouvelables. Un mètre carré de capteur solaire
thermique vitré, déstiné à la production
de l'eau chaude sanitaire, permet d'économiser annuellement
l'équivalent de 20-40 litres de mazout.
Production d'eau chaude sanitaire par capteurs
solaires thermiques
Les cellules photovoltaïques
pour la production d'électricité
Sur le plateau suisse, un mètre carré de cellules
photovoltaïque bien orienté peut couvrir 2-4% des besoins
en électricité d'un ménage moyen. Le courant
photovoltaïque, compte tenu d'une durée d'amortissement
usuelle de l'installation, coûte aujourd'hui (2005) encore
trois à six fois plus que le courant électrique du
réseau. Les cellules solaires confèrent cependant
un certain prestige à un bâtiment, et contribuent à
promouvoir une production de courant propre et porteuse d'avenir.
La plupart des pouvoirs publics en Europe subventionnent ce type
d'installations. Le succès du système de subventionnement
actuellement en vigueur en allemagne est exemplaire en la matière:
Un kW/h propre, produit par une installation photovoltaïque
et livré sur le réseau, est racheté à
env. 0.60 Euros, ce qui rend parfaitement rentable l'installation!
Production d'électricité par
cellules photovoltaïques
Le chauffage à bois
Le bois de chauffage est un vecteur énergétique renouvelable
et indigène. Les forêts suisses sont sous-explotées.
La croissance annuelle de la forêt suisse est d'environ 9
millions de mètre cubes de bois, dont en moyenne seuls 4,5
millions sont utilisés. La combustion du bois n'entraîne
pas d'émission de Co2 supplémentaire et les installations
modernes émettent peu de gaz de combustion polluants. Les
chauffages à bois à alimentation automatique conviennent
pour des ensembles de bâtiments ou pour des réseaux
de chauffage à distance.
Production de chaleur pour le chauffage par
la combustion de bois
Contexte et cadre législatif
relatif à l'énergie de chauffage des bâtiments
en Suisse
Les besoins en énergie de chauffage sont
calculés en suisse selon la méthode du bilan thermique
annuel définie dans la norme SIA 380/1.
Méthode d’évaluation des
besoins de chauffage / Le bilan thermique annuel / norme SIA 380-1
Les consommation maximales autorisées sont
fixées dans les règlements cantonaux, pour les constructions
neuves ou à rénover. Afin de promouvoir les économies
d'énergie, des standards plus sévères appelés
"Minergie" et "Standard Passif" ont été
développés.
A partir des années 80, l’application
par les cantons de normes concernant l’isolation, puis concernant
les besoins de chauffage (norme SIA 380-1) provoque une diminution
importante de la consommation d’énergie des nouveaux
bâtiments.
Application de la loi pour la consommation
d’énergie des bâtiments, l’exemple de Zurich
En fonction de l’amélioration
des matériaux, des installations techniques et de la formation
des professionnels du bâtiment, un groupe de travail de la
SIA a évalué l’évolution de la limite
exigée pour les consommations d’énergie dans
le bâtiment (le chauffage, l’eau chaude et l’électricité).
Limit of the heat and electricity demand in
Switzerland
Bibliographie
Soleil et architecture, guide pratique pour le projet (pdf),
Cours PACER, 1991
Production
d'eau chaude solaire pacer (pdf), Cours
PACER, 1991
Photovoltaics
in architecture (pdf), Othmar Humm,
http://www.minergie.ch
Savoir construire écologique et économique, Guide
pour le maître de l'ouvrage / H.R.Preisig, W.Dubach, U.Kasser,
K.Viridén / ISBN 3 85932 284 2 / Werd Verlag, Zürich,
1999
Ökologische Baukompetenz, Handbuch für die kostenbewusste
Bauherrschaft / H.R.Preisig, W.Dubach, U.Kasser, K.Viridén
/ ISBN 3 85932 283 4 / Werd Verlag, Zürich, 1999
Element 23, isolation thermique dans le bâtiment, Centre
d'information de la terre cuite, Case postale 217, 8035 Zürich
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