Une crainte majeure des constructeurs est que le passage à une nouvelle méthode de construction de bâtiments entraînera des coûts plus élevés. L'Institut de la Masion Passive de Darmstadt a mené de nombreuses recherches sur les maisons économes en énergie et confirme à travers les données recueillies au fil du temps que la situation est exactement le contraire - une isolation thermique de haut niveau permet de réaliser d'importantes économies en termes de besoins de chauffage.
Comment pouvons-nous construire pour que l'investissement soit justifié à long terme et quels sont les principes sur la base desquels nous obtenons un haut degré d'isolement vous apprendrez des observations suivantes, issues du site https://passipedia.org/start
Isolation thermique - Principe de fonctionnement
Dans les climats avec une demande de chauffage pendant les mois froids, toute l'enveloppe du bâtiment doit être bien isolée. L'enveloppe du bâtiment est composée de tous les éléments de construction qui séparent l'intérieur de l'extérieur. Son objectif principal est d'assurer un climat intérieur confortable, quel que soit le climat extérieur déterminé par la météo. Pendant les périodes froides (généralement de la mi-octobre à la fin avril dans les climats aux hivers froids), la température à l'intérieur de l'enveloppe du bâtiment est généralement plus élevée qu'à l'extérieur. En conséquence, la chaleur est perdue à travers l'enveloppe, et si cette chaleur n'est pas remplacée, l'intérieur du bâtiment se refroidit en s'ajustant à la température extérieure.
L'inverse s'applique pour les climats chauds (ou pendant les périodes de canicule) avec une chaleur excessive pénétrant dans le bâtiment par son enveloppe. Par conséquent, il est logique de limiter le flux de chaleur dans n'importe quel bâtiment, quel que soit le climat - et c'est là que la protection thermique entre en jeu. (1)
Un niveau d'isolation adéquat peut également être appliqué aux bâtiments existants à tout moment, ce qui est recommandé pour les constructions anciennes qui entraînent d'énormes coûts d'entretien.
Un principe important a été tiré de l'expérience des nouvelles constructions écoénergétiques : « Si vous voulez le faire, faites-le bien ! -
N évitez pas les dépenses sur l'isolation en matière de mesures de protection thermique. Ce principe est pris très au sérieux dans les maisons passives, car une isolation de qualité est un moyen très abordable d'économiser de l'énergie.
Les pertes de chaleur a travers les murs extérieurs et les toits représentent plus de 70 % des pertes de chaleur totales dans les bâtiments existants. Par conséquent, l'amélioration de l'isolation thermique est le moyen le plus efficace d'économiser de l'énergie. En même temps, cela contribuera à améliorer le confort thermique et à prévenir les dommages structurels du bâtiment).
Les aides financières, telles que les prêts à faible taux d'intérêt, actuellement disponibles dans plusieurs pays, réduisent l'investissement initial pour une meilleure isolation thermique; cependant, même sans de telles incitations, l'investissement sera rentable à long terme, comme le montre une analyse minutieuse. (2)
(Pour des informations détaillées liées aux calculs économiques présentés par l'Institut de la Maison Passive, voir les liens en bas d'article ou directement sur le site passipedia.com)
Le niveau d'isolation des maisons passives
Les valeurs U (transmission thermique) des murs extérieurs, dalles de sol et toitures des maisons passives varient de 0,10 à 0,15 W/(m²K) (pour le climat de l'Europe centrale ; ces valeurs peuvent être légèrement supérieures ou inferieures selon le climat). Ces valeurs ne sont pas seulement des références pour toutes les méthodes de construction, mais aussi les valeurs les plus rentables aux prix actuels de l'énergie.
Les pertes de chaleur en période froide sont donc négligeables et la température des surfaces intérieures est quasiment la même que la température de l'air, quel que soit le type de chauffage utilisé. Cela conduit à un très haut niveau de confort et à une prévention fiable des dommages aux bâtiments causes à l'accumulation d'humidité.
Dans les climats plus chauds ou pendant les mois d'été, une bonne isolation offre également une protection contre la chaleur. Des stores efficaces et une ventilation suffisante sont également essentiels pour assurer un confort maximal par temps chaud.
Une bonne isolation et une construction étanche à l'air se sont avérées extrêmement efficaces dans les maisons passives. Un autre principe clé est la "conception sans ponts thermiques": l'isolation est appliquée sans "points faibles" sur l'ensemble du bâtiment, de manière à éliminer les coins froids ainsi que les déperditions thermiques excessives. Cette méthode est un autre principe essentiel qui assure un haut niveau de qualité et de confort dans les maisons passives, tout en évitant les dommages causés par l'accumulation d'humidité. (3)
Informations détaillées sur l'isolation des maisons passives
Valeurs U
La perte de chaleur à travers un élément de construction standard, c'est-à-dire le mur extérieur, le sol, le plafond du dernier étage ou le toit, est définie par la valeur U ou le coefficient de transfert de chaleur global. Cette valeur indique le taux de transfert de chaleur à travers un composant donné sur une zone donnée si la différence de température est d'un degré (1 Kelvin). L'unité de mesure de la valeur U est donc "W/(m²K)". Plus la valeur U est faible, meilleur est le niveau d'isolation.
Pour calculer la perte de chaleur à travers un mur, nous devons multiplier la valeur U par la surface et la différence de température. En Europe centrale, les températures moyennes mesurées pendant les périodes hivernales sévères sont de –12 °C à l'extérieur et de 21 °C à l'intérieur.
Pour calculer la perte de chauffage annuelle, vous devez multiplier la valeur U par la différence de température moyenne pendant la période de chauffage ou par la durée de la période de chauffage, ou en d'autres termes, multiplier la valeur U par le degré d'heures de chauffage - ce qui est de 78 000 heures pour un climat moyen en Europe centrale. (4)
La perte de chaleur est un facteur important dans le bilan énergétique d'un bâtiment. Toute perte de chaleur doit être compensée par un gain de chaleur correspondant, sinon la température à l'intérieur de la maison chutera.
Un système de chauffage compact typique pour une maison passive peut fournir une puissance de chauffage d'environ 1 000 W (c'est la puissance typique d'un sèche-cheveux). La valeur U du mur d'une maison passive doit être assez faible ; sinon, une partie considérable de cette puissance serait utilisée par le mur extérieur : pour les bâtiments typiques d'Europe centrale, les valeurs U des murs des maisons passives devraient varier entre 0,10 et 0,15 W/(m²K) ; selon le climat, ces chiffres peuvent être légèrement supérieurs ou inférieurs. (5)
Les experiments
Des mensurations dans des maisons passives terminées ont montré que l'effet isolant des "épaisses couches d'isolation" est exactement comme prévu. Les pertes de chaleur réelles étaient aussi faibles que celles calculées et les maisons sont restées chaudes avec l'apport de chaleur minimum déclaré. Ceci est prouvé par l'imagerie thermique qui révèle clairement des températures élevées sur les surfaces intérieures du bâtiment. Les composants hautement isolants, tels que l'on a utilisés dans les maisons passives, présentent des avantages significatifs par rapport aux enveloppes de bâtiment standard, qui sont généralement mal ou modérément isolées. (6)
En raison de la faible perte de chaleur, la surface intérieure reste à la même température agréable toute l'année - même sans les surfaces chauffantes dans les composants. En conséquence, la différence entre les températures rayonnant de différentes directions dans la pièce est faible, ce qui est une condition préalable à un excellent confort. Les températures de surface internes élevées aident également à prévenir la condensation sur la surface des composants. Dans le cas d'une utilisation normale, les dommages dus à l'accumulation d'humidité dans les composants extérieurs du bâtiment peuvent être pratiquement exclus dans la maison passive. Cela a également été démontré dans la pratique. (sept)
Pourquoi construire une maison étanche ?
L'air intérieur a une teneur en vapeur d'eau (humidité absolue) plus élevée que l'air extérieur – s'il n'est pas déshumidifié. Dans un climat froid, l'air intérieur est refroidi lorsqu'il se déplace de l'intérieur vers l'extérieur (appelé exfiltration). L'air plus frais ne peut pas retenir la grande quantité de vapeur d'eau - cependant de la condensation se produira à certains endroits du bâtiment, ce qui peut entraîner de graves dommages. Dans les climats chauds et humides, où les pièces occupées sont à rafraîchir, le flux d'air sera dominant dans le sens extérieur-intérieur (appelé infiltration) et causera le même problème d'humidité. Le processus décrit ici est la principale raison pour laquelle la structure extérieure du bâtiment doit être construite de manière étanche.
Une très bonne étanchéité est requise pour la norme maison passive - les flux d'air discutés ici seront négligeables, ce qui est l'un des grands avantages de la norme - sans problèmes d'humidité, les composants peuvent durer éternellement. (8)
Le principe clé pour planifier l'étanchéité à l'air d'un bâtiment est celui de « l'enveloppe continue et ininterrompue du bâtiment », qui peut être décrite à l'aide de la « méthode du crayon rouge ». Vous devriez être en mesure de décrire l'ensemble de l'enveloppe du bâtiment avec un crayon sans arret dans chaque dessin de section.
Il convient de préciser comment la connexion étanche est réalisée. Cela montre clairement que l'étanchéité est avant tout une tâche de planification. Les entrepreneurs en construction ne peuvent y parvenir de manière que si elle a été soigneusement conçue. (9)
Confort thermique local
Il est intéressant de noter que tous les critères de confort sont automatiquement satisfaits de manière optimale avec les exigences de la norme Maison Passive - Une isolation thermique élevée améliore également le confort thermique. Ceci peut être expliqué comme suit :
En améliorant l'isolation thermique (quel que soit l'élément extérieur du bâtiment auquel elle s'applique), le flux de chaleur de l'intérieur vers l'extérieur est réduit. Par conséquent, le flux de chaleur de l'intérieur du bâtiment vers la surface interne de cet élément de bâtiment extérieur est également réduit. Le flux de chaleur surmonte la résistance thermique de la surface (rayonnement et convection).
Le flux de chaleur plus faible entraîne moins de pertes de température sur cette surface, en d'autres termes: la différence de température entre l'intérieur (surfaces de la pièce et air intérieur) et la surface intérieure du composant d'isolation amélioré diminue.
Les conséquences pratiques sont que, pour les extérieurs de bâtiments très bien isolés, la température des surfaces intérieures ne s'écarte que très peu de la température ambiante de la pièce ; ceci s'applique à la fois à l'été et à l'hiver. Cela signifie que les surfaces internes des composants externes sont modérément chaudes même en hiver (murs extérieurs, toits, etc. pas plus de 1 °C en dessous de la température de l'air intérieur, surfaces des fenêtres au maximum 3 à 3,5 °C en dessous [ Pfluger 2003 ] (10).
Ponts thermiques, efficacité énergétique
La chaleur fait son chemi de l'espace chauffé vers l'extérieur. Ce faisant, il suit le chemin de moindre résistance. Un pont thermique est une zone localisée de l'enveloppe du bâtiment où le flux de chaleur est différent (généralement augmenté) par rapport aux zones adjacentes (s'il existe une différence de température entre l'intérieur et l'extérieur).
Les effets des ponts thermiques sont :
- Températures superficielles internes modifiées, généralement basses ; au pire, cela peut entraîner une pénétration d'humidité dans les composants du bâtiment et la croissance de moisissures.
- Perte de chaleur altérée, généralement augmentée.
Les deux effets des ponts thermiques peuvent être évités dans les maisons passives : les températures de surface intérieures sont alors si élevées partout que les niveaux d'humidité critiques ne peuvent plus se produire - et les pertes de chaleur supplémentaires deviennent insignifiantes. Si les pertes par pont thermique sont inférieures à la valeur limite fixée à 0,01 W/(mK), la surface du bâtiment répond aux critères de "conception sans pont thermique".
Si les critères de conception sans ponts thermiques sont partout respectés, les planificateurs et le maître d'œuvre n'ont plus à se soucier des endroits froids et humides et moins d'efforts seront nécessaires pour calculer le bilan énergétique thermique.
La conception sans ponts thermiques conduit à des détails sensiblement améliorés ; la durabilité de la construction est augmentée et l'énergie pour le chauffage est économisée (11)
Quel que soit le climat ou la région géographique, les maisons passives restent à une température confortable tout au long de l'année avec un apport énergétique minimal. Ces bâtiments sont chauffés "passivement", en utilisant efficacement le soleil, les sources de chaleur internes et la récupération de chaleur, de sorte que les systèmes de chauffage conventionnels deviennent inutiles même pendant les hivers les plus froids. Pendant les mois les plus chauds, les maisons passives utilisent des techniques de refroidissement passif telles que l'ombrage stratégique pour garder une fraicheur confortable. Cependant, l'isolation de haute qualité d'une maison passive maintient la température confortable, exactement là où elle est nécessaire. (12)
Les maisons passives ne nécessitent pas de systèmes de chauffage et de refroidissement à l'échelle conventionnelle, ce qui signifie que l'argent qui aurait été consacré à des systèmes de chauffage et de refroidissement plus puissants peut plutôt être dépensé pour de meilleures fenêtres, une isolation plus épaisse et un système de ventilation - signes distinctifs de la conception de maisons passives .
Les mesures prises dans la première maison passive d'Allemagne construite à Darmstadt en 1991 montrent que même lorsque les maximums quotidiens chutaient à -14°C, les températures intérieures restaient constamment au-dessus de 20°C sans l'utilisation d'un système de chauffage conventionnel. La demande de chauffage s'est avérée si faible que deux ampoules de 75W auraient suffi pour chauffer une pièce de 20m². (13)
Ventilation avec récupération de chaleur
Même l'air frais fourni aux maisons passives est porté à une température agréable avant d'entrer dans la maison. Un système de récupération de chaleur hautement efficace est capable de transférer plus de 75 % de la chaleur sensible de l'air d'évacuation utilisé vers l'air frais entrant. Ainsi, par exemple, l'air extrait à 20°C peut amener l'air froid évacué pendant un jour de 0°C à au moins 16°C sans l'utilisation d'un chauffage actif. Lorsqu'il fait trop chaud à l'extérieur, l'air extérieur chaud peut être refroidi avant d'entrer dans la maison de la même manière.
Les systèmes de ventilation des maisons passives fournissent en permanence de l'air frais, ce qui garantit une qualité d'air intérieur supérieure. L'air d'une maison passive ne devient jamais vicié ou étouffant comme dans les maisons typiques lorsque les fenêtres sont laissées fermées. Les systèmes de ventilation que l'on trouve dans les maisons passives fournissent beaucoup d'air frais, sans pollen et sans poussière. Cela maximise le confort de tous, en particulier ceux qui souffrent d'allergies ou de problèmes respiratoires. (14)
Économiser
L'efficacité énergétique est au cœur du concept de maison passive. Au cours d'une année, un bâtiment passif ne consomme pas plus que l'équivalent de 1,5 litre de fioul ou 1,5 m³ de gaz naturel (15 kWh) pour chauffer chaque mètre carré de surface habitable. Cela peut équivaloir à une réduction de plus de 90 % de la consommation d'énergie pour le chauffage et le refroidissement des locaux par rapport à la consommation dans des bâtiments typiques. En comparaison, une nouvelle construction conventionnelle nécessite 6 à 10 litres de fioul supplémentaires par an et par mètre carré de surface habitable, selon la qualité et l'emplacement du bâtiment. (16)
Pourquoi construire étanche ? Une maison ne devrait-elle pas respirer ?
Les infiltrations d'air par les interstices et les joints d'un bâtiment conventionnel sont perçues comme des courants d'air. Une telle "ventilation" est dangereuse et inconfortable. Il est également insuffisant pour une bonne qualité de l'air intérieur, ce qui oblige à ouvrir les fenêtres régulièrement et pendant de longues périodes. Une enveloppe de bâtiment étanche à l'air garantit que le système de ventilation fonctionne aussi efficacement que possible. Peut-être plus important encore, c'est aussi la clé de la prévention de l'humidité et des moisissures: dans les bâtiments conventionnels, les vides dans la structure du bâtiment permettent à l'air de passer à travers et donc de se refroidir. Cela peut entraîner une condensation qui peut mettre le bâtiment en danger. En raison du haut niveau d'étanchéité, ce n'est pas un problème dans les maisons passives. (17)
Peut-on ouvrir les fenêtres d'une maison passive ?
Bien sûr que vous pouvez! Cependant, dans une maison passive, vous ne ressentirez probablement pas le besoin de le faire, et ce n'est pas nécessaire pendant la grande partie de l'année. Dans les bâtiments conventionnels, les occupants doivent souvent ouvrir les fenêtres, même s'il fait particulièrement froid ou humide à l'extérieur, pour lutter contre l'air vicié, ainsi que contre les odeurs et l'humidité des plantes et des vêtements humides, entre autres. Pour assurer une qualité de l'air semblable à celle d'une maison passive, les fenêtres des bâtiments conventionnels doivent être ouvertes à intervalles réguliers jour et nuit, même en l'absence des occupants.
Ce n'est tout simplement pas faisable et, par conséquent, la plupart des maisons, des écoles et des bureaux sont sous-ventilés. Les maisons passives sont différentes.
Le système de ventilation fournit un air intérieur de haute qualité, éliminant automatiquement l'humidité et améliorant ainsi nettement le confort. Le résultat est un bâtiment sans courants d'air, sans coins froids et avec un apport constant d'air frais. Les filtres fins empêchent la poussière, le pollen et autres particules d'entrer, un avantage inestimable pour les personnes souffrant d'asthme ou d'allergies.
Quelle est la particularité des fenêtres de maisons passives ?
Les fenêtres permettent non seulement à la lumière du jour d'entrer dans les pièces, mais elles utilisent également l'énergie du soleil pour chauffer le bâtiment. Dans les climats tempérés- froids, les maisons passives ont des fenêtres à triple vitrage remplies de gaz noble avec des cadres bien isolés. En hiver, ces fenêtres de haute qualité laissent entrer plus de chaleur du soleil dans le bâtiment qu'elles n'en laissent sortir.
Pendant les mois les plus chauds, ainsi que dans les climats plus chauds proches de l'équateur, le soleil est plus haut dans le ciel, ce qui entraîne une réduction de la quantité de chaleur solaire même lorsqu'elle est le moins nécessaire. Dans la plupart des climats, de grandes surfaces vitrées devraient idéalement faire face à l'équateur; les fenêtres orientées à l'est ou à l'ouest peuvent entraîner une surchauffe plus facilement et fournir moins de gain solaire global pendant la période de chauffage. (18)
Définition fonctionnelle
La conception de deux maisons passives situées à des endroits différents peut sembler très différente. Cela peut être due à des goûts variés, à des traditions de construction et à des conditions climatiques différentes. Le principe directeur reste cependant celui de réduire les charges de pointe jusqu'au point où le bâtiment peut être chauffé et/ou refroidi avec l'air neuf qui doit, dans tous les cas, être introduit pour assurer un bon fonctionnement(19)
Referințe bibliografice:
11-https://passipedia.org/basics/building_physics_-_basics/thermal_bridges/thermal_bridge_definition
15-Thermal bridges fact sheet - The passive House Institute
16, 17, 18, 19 - ‘Passive House, Active for comfort’ brochure issued by The Passive House Institute, Darmstadt