performants Le problème est très simple: les logements très performants L équipement thermique des logements très Prévention Mise en œuvre pathologie

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1 pathologie Prévention Mise en œuvre L équipement thermique des logements très performants En raison de ses caractéristiques physiques propres, et si l on veut éviter inconfort et pathologies, un logement très performant nécessite de nouveaux équipements pour le chauffage, la ventilation, la production d eau chaude et le rafraîchissement. Des solutions commencent à apparaître. Le problème est très simple: les logements très performants affichent des besoins de chauffage extrêmement réduits, des besoins d eau chaude sanitaire(ecs) inchangés par rapport aux logements traditionnels et, étant donné leur très bonne étanchéité à l air, un besoin de ventilation mécanique incontournable, capable aussi bien de garantir un air intérieur de bonne qualité que d assurer une surventilation efficace pour rafraîchir le bâtiment. Bien sûr, il ne faut pas confondre déperditions thermiques et dimensionnement des systèmes de chauffage. Le dimensionnement est réalisé à partir de la norme européenne EN Systèmes de chauffage dans les bâtiments Méthode de calcul des déperditions calorifiques de base, qui recommande une surpuissance de 18 à 23 W/m 2 en moyenne, en plus des déperditions. Même en tenant compte de cette surpuissance destinée à permettre une remontée en température rapide du logement, la quasi-totalité des équipements de chauffage individuels chaudières murales, radiateurs à eau chaude, convecteurs et panneaux radiants électriques, poêles à bois proposés sur le marché français aujourd hui sont nettement trop puissants. En cette matière, la devise traditionnelle «qui peut le plus, peut le moins» ne s applique pas du tout. Mal adaptés aux très faibles déperditions, les équipements de chauffage classiques risquent de provoquer un inconfort important, mais aussi de voir leur durée de vie significativement réduite en raison des nombreux cycles marche/arrêt très courts qui leur seront imposés dans des logements à forte performance. Il faut donc penser à de nouveaux types d équipements thermiques qui renversent les priorités habituelles, et soient conçus avant tout pour satisfaire les importantes demandes de ventilation et de production d eau chaude, tout en sachant couvrir le faible reliquat des besoins de chauffage. Plusieurs réponses possibles existent, qui se résument à trois pistes techniques: premièrement, le détournement d appareils existants conçus pour un autre usage; deuxièmement, le développement de nouvelles générations d appareils individuels; et, troisièmement, la réhabilitation des solutions collectives. Il est cependant très probable que nous assistions en peu d années à la dissociation du marché des appareils de chauffage en deux segments techniquement très différents: la réhabilitation classique d une part (forte puissance), la construction neuve et la réhabilitation très performante d autre part (faibles besoins). Qu est-ce qu un logement très performant? Il n existe pas de définition précise d un logement très performant, mais nous pouvons proposer au moins six éléments de réponse. Tout d abord, même si le calendrier annoncé pour la RT 2012 vient d être retardé, le label BBC (Bâtiments basse p Photo ELM Leblanc : La plupart des chauffe-eau thermodynamiques se prêtent parfaitement au détournement: l'ajout d'un circuit externe supplémentaire avec un échangeur à plaques de petite puissance et un circulateur asservi à un thermostat d'ambiance les transforme en générateur de chauffage adapté aux logements très performants. Qualité Construction N 120 mai-juin

2 Illustrations Atlantic Illustration de gauche : Selon les études du Passivhaus Institut, un groupe de ventilation double flux dont le taux de récupération de chaleur atteint 85 % est en mesure d'assurer seul le chauffage d'un logement performant occupé durant plus de 80 % de la saison de chauffe. Si le taux de récupération atteint 95 %, cela suffit pour près de 96 % de la saison de chauffe. Il reste toujours le problème de la remontée en température après une période d'inoccupation et celui des jours les plus froids. Illustration de droite : Les fabricants de groupes de ventilation proposent tous désormais des solutions double flux à récupération de chaleur. La plupart d'entre eux offrent des systèmes complets associant double flux et puits canadien ou échangeur eau glycolée/air. Ces maisons sont décrites sur le site de l'association (1) consommation), considéré aujourd hui par de nombreux acteurs comme encore difficile à atteindre, deviendra le minimum réglementaire sur tout le territoire d ici environ deux à trois ans. Première réponse par conséquent : un logement très performant, c est ce que l ensemble du monde du bâtiment devra construire de manière courante dans quelques mois. Tous les acteurs du bâtiment sont très loin d avoir intégré cette donnée fondamentale du calendrier réglementaire et considèrent toujours l approche BBC comme une exception. De plus, dès que la RT 2012 entrera en vigueur, de nouveaux labels volontaires et incitatifs apparaîtront pour encourager les professionnels à se familiariser avec les exigences des étapes réglementaires ultérieures, celles de 2015, puis de Ces nouveaux labels mettront l accent d une part, sur l énergie grise dépensée pour la construction, la vie en œuvre et le démantèlement des bâtiments, et d autre part, sur le bâtiment à énergie positive. Jean-Christophe Visier du CSTB a réitéré le 3 mars, lors du colloque organisé par Effinergie sur l efficacité énergétique, l impératif que poseront les futures RT: il faut éviter que les futurs bâtiments à énergie positive soient constitués d une enveloppe quelconque du point de vue thermique et d une énorme installation photovoltaïque. Les pouvoirs publics s apprêtent à placer de sévères garde-fous sur la performance thermique du clos-couvert des bâtiments à énergie positive. La deuxième réponse en découle: le niveau demandé en 2012 ne sera qu une première étape, il faut se préparer à construire encore plus performant dès De très faibles déperditions thermiques Les quatre autres réponses sont apportées par les caractéristiques physiques des logements très performants, construits dès à présent à travers les labels Effinergie, Passivhaus ou MinergieP. Pour le premier élément de réponse, il faut considérer la performance thermique du logement, généralement exprimée en kwhep/m 2.an, c est-à-dire en fonction de sa consommation d énergie prévisionnelle annuelle. Ainsi que la performance du bâti, c est-à-dire ses déperditions thermiques en W/m 2 pour les conditions de base (une température ambiante de 19 C pour des températures extérieures de base, soit -9 C en zone climatique H1, -5 C en zone H2 et -3 C en zone H3). Les premiers logements BBC-effinergie affichent déjà des déperditions thermiques réduites. Par exemple, le bâtiment collectif neuf Ecologis, construit dans le quartier de Neudorf à Strasbourg et certifié BBC-effinergie, annonce des déperditions de 25 W/m 2 en moyenne pour ses 11 logements et des puissances installées de 28 W/m 2, soit moins de 3 kw de puissance installée pour un logement de 100 m 2, renouvellement d air compris. Suite à cette première tentative, lancée en 2008, les opérations suivantes ont fait mieux : en moyenne 20 W/m 2 de déperditions, renouvellement d air compris, pour des maisons individuelles labellisées BBC-effinergie en Alsace (1), avec une tendance régulière à la décroissance vers 18 W/m 2. André Pouget, dirigeant du bureau d études Pouget Consultants à Paris, estime que l on peut descendre jusqu à des déperditions de 15 W/m 2, renouvellement d air compris, avec des coefficients de forme du bâtiment favorables. Les constructions passives au sens de l institut Passivhaus de Darmstadt, sont plus performantes encore. Une analyse des 6 premières maisons individuelles labellisées Passivhaus en Suède indique des déperditions de 12 W/m 2 en moyenne (seuil à 10 W/m 2 et plafond à 15 W/m 2 ), pour une température intérieure de 22 C et une température extérieure de base de -12 C, plus sévères que les conditions françaises. Notons que, comme les méthodes de calcul des déperditions reposent sur des normes européennes depuis plusieurs années, ces valeurs sont calculées selon la même méthode qu en France. D où le premier élément de réponse : ces déperditions très réduites se traduiront par des dimensionnements de chauffage très faibles en conditions de base pour tous les logements neufs en France : 2,5 à 3,5 kw en moyenne pour une maison individuelle de 100 m 2, 600 W pour un F1, 1 kw pour un F2 34 Qualité Construction N 120 mai-juin 2010

3 à 1,5 kw pour un F5 en immeuble collectif neuf. Souvenonsnous au passage que les conditions de base des températures extérieures retenues pour le calcul des déperditions et le dimensionnement du chauffage, interviennent moins d une dizaine de jours par an Durant le reste de la saison de chauffe, les déperditions effectives sont encore plus réduites. De faibles coûts de fonctionnement Deuxièmement, ces très fortes réductions des déperditions sont obtenues grâce à une forte isolation des parois opaques et au choix systématique de menuiseries efficaces portant du double ou du triple vitrage: dans un logement très performant, l effet de paroi froide et l inconfort qu il génère disparaissent totalement. Conséquence immédiate sur la conception des systèmes de chauffage: il n est plus nécessaire de placer des émetteurs de chaleur contre les murs extérieurs ou en allège sous les fenêtres pour combattre un effet de paroi froide qui n existe plus. Troisièmement, dans un logement très performant, l étanchéité à l air du bâti est élevée, ce qui induit la nécessité d une ventilation permanente efficace. Ce sera le plus souvent du double flux avec récupération de chaleur, voire des double flux thermodynamiques pour récupérer la chaleur sensible et la chaleur latente de l air extrait, mais aussi pour apporter un rafraîchissement actif en été. Enfin, un logement très performant offre des coûts de fonctionnement très faibles. Ce doit être son principal objectif, au même titre que les économies d énergie. Cela signifie notamment que, lors du choix des systèmes, leur coût de maintenance doit être pris en compte de la même manière que leur efficacité énergétique. Il serait en effet peu logique de mettre en œuvre des solutions dont le coût de maintenance annuel s avère plus élevé que le montant de leurs consommations d énergie ou que le montant des économies d énergie qu ils génèrent. À titre d exemple, une maison labellisée BBCeffinergie de 158 m 2 de surface habitable construite par Maisons Hanau en Alsace et présentée sur le site Internet d Effinergie, affiche un coût d exploitation prévisionnel pour le chauffage et la production d eau chaude sanitaire de 240 euros TTC par an (soit 20 euros TTC par mois ou 1,52 euros TTC/m 2.an). Selon ses concepteurs, le budget énergétique mensuel total de la maison, lissé sur l année, sera en moyenne de 18 euros pour le chauffage, 2 euros pour l eau chaude, 5 euros pour l éclairage, 14 euros pour les auxiliaires et 1 euro pour la ventilation, soit 40 euros. Quelles sont les solutions actuelles? Le problème va donc consister à trouver soit des générateurs de chaleur, soit une architecture hydraulique des installations de chauffage, capables de fonctionner harmonieusement pour combattre des déperditions très faibles. En France, la méthode de calcul réglementaire ajoute une distorsion supplémentaire, parce qu elle néglige complètement la nécessaire adéquation entre puissance et besoins. La méthode applicable aux logements BBC est celle de la RT Demain, ce sera celle de la RT2012. Étant donnés les coefficients de conversion en énergie primaire retenus pour les diverses énergies, p La régulation par pièce, difficilement justifiable en logement performant La réglementation thermique RT 2005 exige une régulation de la température par pièce en logement. La RT 2012 reconduit a priori cette disposition. Cela repose sur l'idée, justifiée dans le cas de logements fortement déperditifs, que l'on peut maintenir des écarts de température sensibles (de l'ordre de 3 à 5 C) entre les différentes pièces selon les besoins, l'occupation, etc., et réaliser ainsi des économies d'énergie significatives. En réalité, l'expérience des maisons passives depuis 1992 montre que la température tend à s'égaliser dans les pièces d'un logement très performant. On ne peut pas créer et maintenir d'écarts de température entre les pièces, sauf à compartimenter le logement à l'aide de portes étanches à l'air et thermiquement bien isolées. Ce qui complique considérablement l'installation de la ventilation, puisque soufflage et extraction doivent alors s'effectuer dans chaque pièce. Cela entraîne des coûts d'investissement sans rapport avec les économies d'énergie attendues et laisse entrevoir des horizons d'amortissement parfaitement irréalistes, supérieurs à 50 ans. Le Photo DR: Pour satisfaire l'exigence réglementaire française d'une régulation de chauffage pièce par pièce, la machine Trio.R VEC3 de France Énergie est complétée par un module chauffage avec 3 ou 5 gaines de soufflage, chacune pourvue d'une résistance électrique dans la veine d'air d un volet motorisé. Résistance et volet sont commandés par un thermostat d'ambiance installé dans la pièce desservie par la gaine d'air. Lorsque les besoins de chauffage sont faibles, la chaleur est régulée en modulant le débit d'air par le volet motorisé. Il laisse en toute circonstance passer un débit minimum correspondant aux exigences de la réglementation française sur le renouvellement d'air hygiénique. En période de grand froid, le volet est ouvert et le thermostat sollicite la résistance électrique. repères parti retenu par le Passivhaus Institut de Darmstadt est donc de ne plus demander de régulation par pièce. Comme la réglementation française continue de l'exiger, les nouvelles machines 3-en-1 (chauffage, ECS, ventilation double flux), proposées par Aldes ou France Énergie, comportent une gaine de soufflage par pièce, avec une résistance électrique dans chaque gaine. Pour respecter la réglementation, on obtient alors un résultat inverse à celui qu'elle vise. En effet, réguler la température par pièce signifie premièrement réduire la température fournie globalement par la machine thermodynamique 3-en-1 au niveau de la pièce où l'on souhaite la plus faible température. Deuxièmement, on apporte le complément de chaleur dans les autres pièces à l'aide des résistances électriques terminales avec un Cop de 1, là où celui de la machine 3-en-1 dépasse 2 dans les conditions les moins favorables. Conclusion, quand on régule la température par pièce en logement très performant, il est très probable que l'on consomme plus que si on se contente d'une régulation globale pour ce logement. Une démarche pour le moins contradictoire Qualité Construction N 120 mai-juin

4 Le choix du tout solaire Photo Solarhaus Photo Haus der Zukunft Si les déperditions sont très faibles, l'énergie solaire thermique doit être capable de couvrir la quasi totalité des besoins annuels combinés de chauffage et d'eau chaude sanitaire dans une maison individuelle. C'est le choix technique de plusieurs constructeurs de maisons allemands et autrichiens. Ils commercialisent depuis trois à quatre ans des «maisons solaires», construites autour d'un énorme stockage annuel de chaleur, alimenté principalement par des capteurs solaires, complété par l'apport occasionnel d'une chaudière bois ou d'un poêle à bois. Ce stockage comporte deux échangeurs de réchauffage, l'un alimenté par les panneaux solaires, l'autre par la chaudière d'appoint (échangeur fumées/eau). Ainsi que deux ou trois échangeurs pour la production et la distribution du chauffage de la maison : départ 30 C par -10 C à l'extérieur pour un plancher chauffant basse température et retour 25 C, départ 60 C pour l'ecs, départ éventuel pour le réchauffage d'une piscine. Le stockage, introduit dans la maison avant la pose de la couverture, atteint litres pour une maison de 150 m 2 abritant 4 personnes. À la fin de l'été, sa température dépasse 90 C. Les constructeurs soulignent que les panneaux solaires continuent de produire même en hiver et que, certaines années, la chaudière d'appoint ne se met même pas en route. les solutions chaudières gaz à condensation, chaudières et poêles à bois sont très favorisées dans la méthode de calcul RT par rapport aux solutions électriques, même thermodynamiques. La plupart des opérations BBC-effinergie font donc appel jusqu à présent à des chaudières individuelles au gaz, parce que c est le choix logique auquel aboutit l application de la RT. Or, l offre de chaudières de petite puissance n existe pas. Cela vient du fait que plus de 95 % du marché français des chaudières gaz et fioul provient du renouvellement du parc de générateurs existants, plutôt que de l équipement de la construction neuve: ces générateurs sont donc conçus pour les besoins de puissance plus élevés du marché du remplacement. Pour couvrir des besoins de puissance compris entre 1 et 3 kw en construction neuve, les constructeurs proposent certes des appareils de puissance modulable. Mais la plupart de ces modèles affichent des puissances variant entre 7 et 24 kw, encore beaucoup trop importantes. Chez Viessmann, par exemple, la gamme murale à condensation Vitodens offre des puissances modulantes de 6,5 à 35 kw pour les appareils mixtes (ECS + chauffage), ou de 4,8 à 35 kw pour les appareils chauffage seul. Ce qui est déjà une amplitude de modulation tout à fait extraordinaire. Seuls quelques fabricants proposent des machines dont la puissance varie de 2 à 15 ou 18 kw. Geminox, comme Buderus et ELM Leblanc, propose sa chaudière gaz à condensation murale mixte THRI 2-17 (puissance chauffage de 2,3 à 16,9 kw), ainsi que la chaudière au sol Seradens (2,3 à 17,3 kw). Si l on retient des chaudières de ce type, cela signifie qu en régime chauffage, elles fonctionneront en permanence à leur allure la plus basse, avec malgré tout un rythme de séquences marche/arrêt élevé, notamment en mi-saison. Si l on choisit des chaudières à condensation plus classiques, aux possibilités de modulation de puissance moins étendues, elles seront vouées à un rythme de marche/arrêt effréné, sûr garant de leur vieillissement prématuré. Car, bien sûr, le réseau de chauffage est dimensionné, lui, pour les besoins du logement, à savoir 1 à 3 kw. L un des remèdes possibles pour réduire ces séquences et préserver la durée de vie de la chaudière, peut consister à augmenter artificiellement le besoin en plaçant un ballon-tampon sur le circuit chauffage, comme cela se pratique déjà pour les pompes à chaleur. La chaudière alimente le ballon dans une sorte de primaire chauffage, le circuit de chauffage proprement dit est pris par une vanne trois voies et un second circulateur en aval du ballon-tampon. Mais ce n est qu un pis-aller dans la mesure où l installation se complexifie, accroît son encombrement et augmente en coût. Cela ne sert qu à contourner l obstacle de la surpuissance des générateurs actuels. De plus, la cohérence d ensemble d une telle solution doit être mûrement réfléchie. La distribution du chauffage doit être à basse ou très basse température, 35 ou 40 C en général dans un logement performant, faute de quoi l inconfort est certain. La chaudière doit être programmée de manière à réduire ses séquences marche/arrêt: elle porte donc le ballon à une température élevée (60 C par exemple) mais suffisamment basse pour qu elle puisse condenser. Ensuite, elle ne redémarre que lorsque la température du ballon s est abaissée jusqu à celle du circuit de chauffage. C était la solution retenue par les premières constructions à basse consommation d énergie en Allemagne, il y a 20 ans, avant la génération Passivhaus. Cette architecture hydraulique fonctionne également avec les pompes à chaleur qui pâtissent de la même surpuissance pénalisante que les chaudières (les plus petites offrent des puissances minimums de 3à 6kW). Le ballon-tampon sert à lisser les séquences de fonctionnement des Pac, de manière à ne pas raccourcir la durée de vie de leurs compresseurs qui détestent les cycles marche/arrêt courts. Les chaudières fioul individuelles semblent a priori totalement exclues du marché des logements très performants, car il semble qu il soit très complexe de concevoir des brûleurs fioul dans des puissances inférieures à 10 kw. Bois : des chaudières et des poêles surpuissants Les chaudières à bûches démarrent à kw, ce qui est trop important pour les utiliser en direct sur le circuit de chauffage. En outre, la régulation de puissance de ces appareils repose seulement sur une modulation de la quantité d air comburant, puisqu on ne peut pas agir sur le volume de combustible (les bûches) : moins d air comburant, donc moins de puissance, mais très importante dégradation concomitante de l hygiène de combustion (puisque le volume d air ne correspond plus au volume de combustible) et forte augmentation 36 Qualité Construction N 120 mai-juin 2010

5 de la pollution atmosphérique générée par la chaudière Les Allemands ont donc pris l habitude de les associer à une hydro-accumulation de grande capacité: 250 à 400 l pour une maison individuelle. Ceci fonctionne comme le ballontampon précédent, et permet en outre de ne pas réguler la puissance des chaudières à bûches et de ne pas se relever la nuit pour les recharger. Avec l hydro-accumulation, la chaudière peut fonctionner en combustion franche avec une bonne hygiène de combustion et des émissions polluantes réduites. La chaleur est stockée dans le ballon et une seule flambée suffit pour plus de 48 heures de chauffage basse température. Les chaudières à granulés de bois (pellets), en revanche, offrent des puissances modulantes très basses, à partir de 2,9 kw pour la Vitoligno 300-P de Viessmann, de 2,9 à 75 kw pour la BioWin Plus de Windhager, par exemple. En agissant simultanément sur la modulation du volume de combustible grâce au système de chargement des pellets et sur le volume d air comburant, elles préservent une bonne hygiène de combustion, même à puissance réduite. Mais, à l instar des chaudières gaz modulantes, elles seront tout de même surpuissantes pendant 98 % de la saison de chauffe et le ballon-tampon sur le circuit de chauffage paraît incontournable. Côté poêles à bois, les puissances commencent à 6-8 kw, ce qui rend inconfortable leur emploi dans les logements très performants, sauf s il s agit de très grandes maisons. Il existe chez certains fabricants allemands et autrichiens, dont Wodkte, des poêles à pellets à chargement automatique capables de moduler leurs puissances à partir de 1 à 2 kw. Leur prix public élevé, justifié par la complexité des technologies mises en œuvre, les cantonne aux maisons haut de gamme: 5320 euros HT par exemple, pour le Airplus.nrg de Wodkte, capable de moduler sa puissance de 2 à 6 kw avec une réserve embarquée de 20 kg de granulés. Première piste : détourner des technologies La première solution, la chaudière-pac ou chaudière hybride, n a pas été développée pour les logements individuels très performants, mais pourrait convenir tout de même. Il s agit de deux générateurs une chaudière murale gaz à condensation et une pompe à chaleur air/eau, rassemblés sous la même carrosserie et gérés par une seule régulation. Ils assurent à la fois le chauffage et la production d ECS. Ces appareils ont été conçus pour les logements existants. Leur logique de fonctionnement est normalement la suivante : la régulation de l appareil, tenant compte des rendements respectifs des générateurs en fonction des conditions climatiques du moment (températures intérieures et extérieures), donne priorité à l un ou à l autre. En gros, la Pac fonctionne seule tant que les besoins de chauffage seront faibles, et lorsqu ils augmentent, la chaudière vient en appoint de la Pac et la remplace complètement par les jours les plus froids. Rien n interdit cependant de les détourner pour les logements très performants: la Pac couvrira seule, ou presque, la totalité des besoins de chauffage, tandis que la chaudière murale assurera la production d eau chaude. Le premier modèle (Genia Hybrid) est commercialisé par Saunier Duval depuis le début de l année. Ce split se compose d une Pac air/eau de 5 kw et d un générateur mural mixte gaz à condensation de 24,1 kw en chauffage et de 29,6 kw en mode ECS. ELM Leblanc et Chaffoteaux ont chacun présenté un prototype, dont ils envisagent la commercialisation dès cette année. La seconde solution consiste à détourner le chauffe-eau thermodynamique de son usage. Dans ce domaine, le modèle Tanéo de Tresco semble être l un des favoris des installateurs. Il est équipé d un compresseur de 420 W pour une puissance restituée de W, et d un ballon de 285 litres. Les installateurs ajoutent un circuit supplémentaire (circulateur primaire, mini-échangeur à plaques de 1 à 2 kw de puissance (primaire à 50 C) et circulateur sur le secondaire pour la distribution du chauffage). La chaleur nécessaire au chauffage est prise sur l eau chaude sanitaire du ballon. Dans son usage initial, cet appareil couvre en principe la consommation d ECS quotidienne de six personnes. Donc, si le logement compte quatre occupants ou moins, il est alors possible de soutirer une part de la chaleur pour le chauffage. C est encore plus facile dans le cas des chauffe-eau thermodynamique pré-équipés pour le raccordement de capteurs solaires, puisque les piquages et le circuit d échange sont déjà présents : le primaire solaire est utilisé en sens inverse et devient primaire de chauffage. p Photo Saunier Duval : La chaudière-pac Genia Hybrid de Saunier Duval est en principe conçue pour le marché du remplacement des chaudières murales existantes. Mais il est parfaitement possible de l'utiliser dans un logement neuf très performant en spécialisant les générateurs : la Pac se chargera de plus de 90 % du chauffage, la chaudière assurera la production de l'ecs et le complément de chauffage pendant les jours les plus froids. Qualité Construction N 120 mai-juin

6 Illustrations Hora: La solution Double'R de Hora associe un plafond rayonnant électrique de faible puissance (formant un faux-plafond utilisé comme plénum de soufflage), à un groupe double flux thermodynamique sur l'air extrait. Cette solution permet une régulation par pièce, un rafraîchissement par free-cooling ou actif. Elle ne prend pas encore en charge la production d'ecs. Deuxième piste : les solutions à base de vecteur air Le vrai développement de nouvelles solutions pour les logements très performants passe par l emploi du vecteur air, et par la mise au point d appareils capables d assumer plusieurs fonctions, sinon toutes: ventilation, chauffage, production d ECS, rafraîchissement thermodynamique ou par surventilation. Hora propose depuis quelques mois sa solution Double R, un plafond rayonnant thermodynamique assurant ventilation double flux, chauffage et rafraîchissement. Les différentes pièces du logement sont équipées d un plafond chauffant électrique rayonnant (25 W/m 2 minimum) qui joue le rôle d un plénum de soufflage d air chaud, grâce à une fente ménagée dans chaque pièce tout le long de la façade. Un groupe double flux thermodynamique sur l air extrait à C souffle dans ces plénums. Le fabricant estime que l appareil récupère environ 12 W de chaleur par m 3 d air extrait. Comme le débit d air de la machine varie de 150 à 300 m 3 /heure, elle récupère entre et W par heure, ce qui suffit largement au chauffage du logement. L air est soufflé dans le plénum à 35 C environ, une température toujours supérieure à la température extérieure, contrairement à un double flux classique. Les films du plafond rayonnant ne fonctionnent que par les jours les plus froids ou bien après un arrêt du chauffage pour remonter rapidement en température. Ils assurent la fonction de régulation par pièce, indispensable dans la RT française. Utilisé en mode rafraîchissement, le système peut fonctionner Il semble bien que les logements très performants nécessiteront souvent une solution de rafraîchissement. Ce serait la rançon de leur performance thermique : de faibles apports suffisent en hiver pour chauffer le logement, mais corrélativement, en été de faibles apports entraînent une surchauffe et un inconfort. Naturellement, avant d'arriver au rafraîchissement actif, il faut mettre en œuvre toutes les solutions de protection connues : stores extérieurs, masques solaires saisonniers, surventilation nocturne, puits canadien associé à un double flux, etc. Malgré tout, les stratégies passives rencontrent des limites. Ainsi, la surventilation nocturne repose sur l'hypothèse qu'il est possible de profiter de la différence de température entre le jour et la nuit pour augmenter le débit de ventilation nocturne et absorber la chaleur accumulée dans le logement durant la journée. LES SOLUTIONS DE RAFRAÎCHISSEMENT Illustration Atlantic Cela implique, premièrement, une certaine inertie thermique du logement et, deuxièmement, l'existence d'une différence de température suffisante entre le jour et la nuit. S'il survient un épisode caniculaire de plusieurs jours, cette stratégie est ruinée. Le puits canadien, ou mieux encore sa plus récente déclinaison dans laquelle la canalisation d'air enterrée est remplacée par un échangeur eau glycolée/air, alimenté par des tubes d'eau glycolée enterrés, apporte une réponse probablement suffisante. Mais elle peut être difficile à généraliser en centre-ville. Dans certains cas, le rafraîchissement actif à l'aide de solutions thermodynamiques sera donc incontournable. Les puissances à absorber étant faibles, il ne s'agit pas de climatiser (garantir une température intérieure et une hygrométrie stables quelle que soit la température extérieure), mais de rafraîchir. Les appareils de climatisation classiques sont peu adaptés et notoirement surpuissants. La solution réside très probablement dans la réversibilité des solutions de chauffage thermodynamique tout air, développées notamment par Aldes, France Énergie ou Eiffage. La puissance froid apportée est de l'ordre de 1 à 1,5 kw par logement, ce qui suffit pour assurer le confort par les jours les plus chauds. 38 Qualité Construction N 120 mai-juin 2010

7 à la fois en free-cooling (soufflage seul), associé à un puits canadien et en rafraîchissement actif grâce au renversement de cycle de la machine thermodynamique. Aldes a développé plusieurs solutions tout air. La première, T.Zen, se charge de la ventilation, du chauffage et du rafraîchissement par surventilation, dans l habitat individuel ou le collectif. Elle se compose d un caisson double flux thermodynamique de puissance 1 à 3 kw. Le caisson est complété par un module de soufflage à 3 ou 5 voies qui assure la régulation par pièce (chaque voie de soufflage est en effet équipée d une batterie électrique à régulation de puissance). Aldes recommande le T.Zen 3000 pour des logements performants dont les déperditions totales n excèdent pas 3,5 kw et dont le Ubât est inférieur à 0,4 W/k.m 2. Le rafraîchissement est assuré par surventilation et by-pass de l échangeur. Un puits canadien améliore l efficacité en rafraîchissement. La seconde solution de Aldes, le T.Flow, assure la ventilation hygroréglable simple flux et la production d ECS. C est en réalité un chauffeeau thermodynamique sur l air extrait, associé à un groupe d extraction de VMC hygroréglable. France Énergie a présenté à Interclima 2010 la première machine 4-en-1 conçue et fabriquée en France. Baptisée Trio.R VEC3, elle fournit la ventilation double flux, le chauffage, le rafraîchissement et la production d ECS. La machine rassemble sous une seule carrosserie, un ballon d ECS de 200 litres, un groupe de VMC double flux (rendement de récupération de 85 % pour un débit d air extrait maximum de 225 m 3 /h), une Pac réversible sur l air extrait. La température d eau maximale produite par la Pac est de 60 C avec une puissance de 1800 W, mais le ballon comporte une résistance électrique d appoint de 1500 W pour monter au-delà si nécessaire et pour la protection anti-légionelle. Les fonctions ventilation, chauffage, rafraîchissement sont distribuées sur cinq pièces différentes. Le chauffage est assuré en priorité par la récupération de chaleur à travers le double flux, complété par l appoint de la Pac et, si nécessaire, par un appoint de 400 à 1200 W apporté par des résistances électriques placées directement dans les 5 gaines de distribution. Cet agencement assure la régulation par pièce. La version Trio.O VEC3 ajoute au système précédent un circuit aller/retour chauffage basse température à eau chaude pour l alimentation d un plancher chauffant, par exemple. Ces deux offres françaises sont les seules capables d assurer toutes les missions nécessaires dans un logement très performant: ventilation double flux avec récupération de chaleur, chauffage, production d ECS, rafraîchissement par surventilation d abord, par réversibilité de la Pac si cela ne suffit pas. D autres fabricants devraient apparaître rapidement. Le groupe Eiffage, par exemple, a annoncé qu il se lançait dans la production de machines 3-en-1 pour les logements performants, les premières devraient être disponibles en mai ou juin Les machines 3-en-1 allemandes : déjà 10 ans d expérience On trouve des machines 3-en-1 de ce genre sur les marchés allemand, suisse et autrichien depuis plus de dix ans maintenant. Ces produits possèdent une avance technologique indéniable et ont été mis au point pour les besoins des constructions passives à très faibles besoins de chauffage, mais ils souffrent pour le marché français de deux inconvénients. Premièrement, il s agit en général de machines fonctionnant en triphasé qui est la règle Outre-Rhin, tandis que les installations domestiques françaises sont massivement en monophasé. Deuxièmement, elles ne proposent pas l indispensable possibilité de régulation par pièce demandée par la RT Jean- Christophe Visier du CSTB s est déclaré prêt à envisager un «Titre V» (2) pour les maisons passives qui permettrait de se passer de cette obligation. Encore faudrait-il qu on le lui demande et que ce soit justifié par les essais appropriés. Certains fabricants allemands ou suisses ont adapté leurs Photos Aldes Photo de gauche : La solution T.Zen 3000 d'aldes assure le chauffage et la ventilation double flux dans des logements dont les déperditions sont inférieures à 3,5 kw. Photo en haut à droite : La centrale C3000, cœur du T.Zen 3000, est un double flux avec un échangeur d'un rendement de récupération de 60 %, complété par une pompe à chaleur air/air pour le chauffage. Le caisson assure le rafraîchissement par surventilation avec by-pass de l'échangeur. Photo en bas à droite : Pour faciliter son pilotage, le T.Zen dispose d'un clavier de commande centralisé, relié par bus au caisson et à l'unité complémentaire de chauffage, chargé notamment de la régulation par pièce. p (2) Procédure dérogatoire qui permet de tenir compte dans la RT 2005 de solutions techniques non standard. Qualité Construction N 120 mai-juin

8 Illustration et photo Aldes : Le ballon thermodynamique T.Flow d'aldes combine production d'eau chaude et VMC simple flux hygroréglable. solutions pour le marché français, dont Stiebel Eltron et Zehnder, d autres les distribuent telles quelles, dont Nilan et Paul Wârmerückgewinnung. Aujourd hui, une bonne vingtaine de constructeurs allemands, suisses et autrichiens utilisent cette technologie dans des appareils multifonction: ventilation + chauffage + production d ECS + rafraîchissement. Les marques les plus courantes Outre-Rhin sont Aerex, Maico, Stiebel Eltron, Nilan, Helios, Dimplex, Drexel & Weiss, Genvex, Pluggit, Tecalor, Spartec, Paul Wârmerückgewinnung, Zehnder et M-WRG. Le cœur de ces appareils est un échangeur double flux, complété par une Pac sur l air extrait. La chaleur est restituée à la fois dans l air insufflé dans le logement et dans le préparateur d ECS à travers un échangeur à plaques. Le complément de chauffage est apporté par une batterie eau/air placée en aval du groupe double flux sur l insufflation. Les plus complexes de ces appareils utilisent en été le condenseur et l évaporateur de la Pac en même temps pour rafraîchir le logement, tout en maintenant une production d ECS. Le Passivhaus Institut de Darmstadt recommande une Pac d une puissance de 10 W/m 2 et un débit de ventilation de 30 m 3 /h par occupant. Troisième piste : le retour des solutions collectives Pour résoudre le problème de la surpuissance des générateurs individuels, il semble parfaitement logique de mutualiser les moyens de chauffage et de réinventer les solutions collectives. Une seule chaudière murale gaz condensation de 100kW, comme en proposent désormais de nombreux constructeurs, suffirait pour 40 à 60 logements. On en installerait néanmoins deux, d une part pour garantir la fiabilité du service, et d autre part pour tirer parti du fait que les générateurs gaz à condensation à prémélange air-gaz offrent leur meilleur rendement à charge partielle: pour maximiser le rendement, mieux vaut deux générateurs à 50% de charge chacun qu un seul à 100%. L eau chaude serait produite dans chaque logement par un ballon à échangeur, un seul comptage d énergie par logement sur la boucle primaire suffirait puisque l ECS serait produite par le primaire issu des chaudières. Dans la même architecture hydraulique, les chaudières murales peuvent être remplacées par des pompes à chaleur en cascade, par des chaudières à pellets, par une station de chauffage urbain, etc. Du point de vue technique, LE PROBLÈME DES DOUBLES CIRCUITS : RADIATEURS ET PLANCHER CHAUFFANT Bon nombre de maisons BBC sont équipées d'une pompe à chaleur, d'un thermostat d'ambiance et de deux types d'émetteurs de chaleur: un plancher chauffant basse température (PCBT) au rez-dechaussée et des radiateurs à l'étage. Généralement, les circuits sont distincts mais la régulation est commune. Certains retours d'expérience indiquent un écueil imprévu. Lorsque le thermostat d'ambiance, en général installé au rez-de-chaussée dans le séjour, coupe le plancher chauffant, les radiateurs ne sont plus alimentés non plus et ceci pendant parfois plusieurs heures tant que la température de la dalle du PCBT n'est pas retombée. Comme l'inertie des radiateurs est nettement plus faible de celle du PCBT, il fait rapidement froid dans les chambres. Les deux circuits hydrauliques doivent donc avoir chacun leur propre régulation. Mais comme le Cop d'une pompe à chaleur air/eau baisse en moyenne de 20 % chaque fois que la température de l'eau produite par la Pac augmente de 10 C, il n'est pas judicieux de dimensionner celle-ci pour couvrir les besoins de chaleur du circuit radiateur par les jours les plus froids. Hora a mis au point COMEL, un collecteur chauffage équipé d'une résistance électrique et de sa propre régulation, placé en tête de distribution. Associé à une Pac, il permet l'alimentation du PCBT par la Pac et offre un second circuit régulé pour les radiateurs. Sa résistance ne se met en route que par les jours les plus froids et seulement sur le circuit radiateurs. Cela évite de surdimensionner la Pac par rapport aux besoins des radiateurs. 40 Qualité Construction N 120 mai-juin 2010

9 cela fonctionne parfaitement et offre une très grande fiabilité, puisqu aucune technologie nouvelle n est utilisée. Toutefois, cette solution ne couvre que deux besoins: chauffage et production d ECS. Mais surtout, elle est pénalisée par le fait que le réseau de distribution, même bien isolé, perd de la chaleur. Dans la méthode de calcul RT 2005, cet aspect pèse lourd et ne peut être compensé que par l utilisation d énergies au coefficient de transformation en énergie primaire très favorable. Le Docteur Christel Russ du Fraunhofer Institute for Solar Energy Systems de Fribourg a publié dans les annales de la dixième conférence Passivhaus de 2006, une enquête sur cinq immeubles de logement construits au standard Passivhaus. Ces bâtiments sont équipés de solutions collectives différentes: deux chauffages collectifs avec chaufferies et radiateurs, une station de chauffage urbain et deux solutions vecteur air collectives. Il ressort de l analyse des mesures réalisées entre1998 et2005 que la consommation d énergie pour le chauffage était de 14,8 kwh/m 2.an en moyenne pour l ensemble des immeubles. Pour leur part, les pertes de distribution, de stockage et de génération collective atteignaient 15 kwh/m 2.an en moyenne, soit sensiblement la même valeur que les besoins de chauffage. Dans le cas de l immeuble alimenté en chauffage urbain, le calcul montrait que les pertes de distribution entre la chaufferie urbaine et la sous-station du bâtiment s élevaient à 15 % de la chaleur produite par la chaufferie urbaine. L auteur avançait alors deux recommandations. La première conforte notre approche: il faut modifier l architecture hydraulique des solutions collectives. Au lieu de produire l eau chaude sanitaire de manière centralisée, par exemple, puis de la distribuer vers chaque logement, une production appartement par appartement, alimentée par une boucle primaire issue de la chaufferie, minimise les pertes. Deuxièmement, une solution collective est d autant plus justifiée que l énergie utilisée est renouvelable; en quelque sorte, les pertes de distribution sont plus acceptables si l énergie est le solaire thermique plutôt qu une chaufferie gaz. Il propose d ailleurs plusieurs architectures pour utiliser au mieux le solaire thermique en collectif. Il met notamment en avant la déclinaison solaire de la boucle primaire: une boucle primaire alimente des «satellites» d appartement composés d un ballon de stockage pour la production d eau chaude sanitaire et d un petit échangeur à plaques avec circulateur individuel pour le chauffage. Cette boucle est alimentée principalement par des capteurs solaires en toiture. Il recommande des capteurs tubulaires sous vide, de manière à collecter le plus de chaleur possible tout au long de l année. Une chaudière collective ou une sous-station de chauffage urbain vient en secours des capteurs lorsque c est nécessaire. L importance des pertes de distribution sur les réseaux collectifs explique la conception de la solution tout air collective T.Zen 4000 d Aldes. Les moteurs de soufflage et d extraction sont collectifs et placés en toiture, mais les réseaux collectifs sont «froids» : toute la partie thermique est individualisée par appartement. Dans chaque logement, un groupe double flux thermodynamique assure ventilation, récupération de chaleur, production d eau chaude à partir de l air extrait et rafraîchissement. Renseignée par une sonde de température extérieure et une sonde de température ambiante, la régulation du système est capable d assurer le free-cooling dans chaque logement en by-passant l échangeur double flux, lorsque l écart de température entre l intérieur et l extérieur est suffisant. Aldes souligne que lorsque la température extérieure monte, le fait de produire l eau chaude sanitaire à partir de l air extrait entraîne automatiquement une production d air rafraîchi qui peut être gratuitement utilisé pour le confort d été du logement. Cette question du confort d été et la probable nécessité d un rafraîchissement actif durant les jours les plus chauds a été soulevée par de nombreux interlocuteurs durant notre enquête. Il faudra certainement attendre les premiers retours d expérience sur les logements BBC pour infléchir la doctrine officielle qui, pour l instant, ne favorise pas le rafraîchissement actif dans l habitat. Pascal Poggi Photo DR: La machine Trio.R VEC3 de France Énergie assure la ventilation double flux, le chauffage, le rafraîchissement et la production d'ecs. C'est la première machine 4-en-1 conçue spécifiquement pour les besoins des logements très performants et fabriquée en France. Photo Zehnder: Zehnder, le spécialiste du radiateur, propose sur le marché français des machines 4-en-1 à haute efficacité pour le chauffage, la ventilation, la production d'eau chaude et le rafraîchissement des logements très performants. Qualité Construction N 120 mai-juin