Depuis 1995, l'idée de maisons de 1,5 litre a été commercialisée avec succès par le Passive House Institute de Darmstadt, sous le nom peu approprié de «logement passif», ce qui peut suggérer un manque total d'installations actives extrayant l'énergie de l'environnement. Demande de
chaleur
La demande de chaleur pour chauffer notre maison est également trois fois inférieure à la limite des maisons passives. Les offres du marché pour la construction de maisons passives sont 30 à 40% plus élevées que les offres traditionnelles (lire: répondre aux exigences de la réglementation de la construction).
Dans les articles précédents de cette série, nous avons décrit comment atteindre cette norme énergétique pour votre maison et montré qu'elle est très rentable. Rappelons que nous l'avons atteint grâce au pouvoir isolant élevé des cloisons de bâtiment non transparentes, pour lesquelles les coefficients de transfert thermique U ont une valeur ne dépassant pas 0,1 W / (m2K). Cependant, nous y sommes principalement parvenus grâce à une philosophie différente d'approche du bâtiment, pour laquelle les éléments actifs sont importants, comme l'utilisation de fenêtres avec le coefficient de transfert thermique d'une fenêtre avec un volet roulant automatiquement fermé Uw = 0,7 W / (m2K) et un coefficient de transmission de l'énergie solaire de g = 0.67.Une telle approche active pour obtenir de l'énergie solaire semble tout à fait évidente lorsque nous comparons la demande de chaleur d'ADD avec l'énergie fournie par le soleil. En Pologne, il est annuel - selon les régions - de 800 à 1200 kWh / m2. Obtenir même 1% de cette énergie pour le chauffage ne devrait pas être techniquement difficile.
Puissance du système de chauffage
Un paramètre énergétique extrêmement important d'un bâtiment est la demande de puissance du système de chauffage. Il détermine la taille nécessaire des appareils de chauffage pour assurer le confort thermique, c'est-à-dire pour obtenir une température de l'air de 20 degrés C dans les pièces, avec le calcul de la température extérieure moyenne la plus basse d'une région donnée. Pour la plus grande des cinq zones climatiques de Pologne, il est de -20 degrés C.
Dans la maison autonome accessible conçue, il est de 2,4 kW, soit 17 W / m2 par unité de surface. Si ce n'est pas beaucoup, il montre une comparaison de la demande de puissance de chauffage en ADD d'une chambre de 14 m2 avec l'énergie émise par les résidents. Pour cet espace, la puissance requise sera de 14 m2 × 17 W / m2 = 238 W, et deux personnes endormies émettent 240 W de chaleur. Comme vous pouvez le voir, avec une telle demande d'énergie, deux personnes peuvent couvrir les pertes de chaleur à une température extérieure de -20 degrés C. Cela signifie que même dans un hiver froid dans une maison avec une demande de chaleur quasi nulle, la majeure partie de l'énergie nécessaire pour couvrir les pertes de chaleur ne provient pas d'appareils dédiés à cet effet, mais des résidents,appareils électroménagers, éclairage, etc.
Comme il résulte de bilans thermiques détaillés dans ces maisons, pendant la saison de chauffage, les gains totaux de chaleur solaire et vivante sont supérieurs à ses pertes totales. Néanmoins, nous avons besoin de sources d'énergie externes. Ceci est dû au fait que le flux de gains de chaleur est plus ou moins constant et ne dépend pas de la température extérieure. Par conséquent, pendant une grande partie de la saison de chauffage, nous avons des gains de chaleur qui dépassent les pertes. Cela peut entraîner une surchauffe des pièces, c'est pourquoi l'excès de chaleur doit être évacué par le système de ventilation. Dans le même temps, à basse température extérieure, cette énergie ne suffit pas à couvrir les pertes de chaleur et il faut donc disposer de sources d'énergie supplémentaires dans la maison.
Dans la construction traditionnelle, le prix du carburant est déterminant dans la facture de chauffage. C'est pourquoi de nombreuses personnes qui construisent de telles maisons décident d'énormes dépenses d'investissement pour réduire le prix de 1 kWh de chaleur. Une solution consiste à installer une pompe à chaleur, dont le coût est d'environ 40 à 60 000.
La demande de chaleur étant aussi faible qu'en ADD, ces investissements ne sont cependant pas rentables sur le plan économique. Le coût de chauffage d'une telle maison avec le type d'énergie le plus cher, c'est-à-dire l'électricité, est inférieur à 500 par an, avec un coût d'installation de 2000 … Cela signifie que la différence entre l'installation la moins chère et une pompe à chaleur est d'au moins 38000 PLN. Si l'argent ainsi économisé devait être déposé dans une banque, les intérêts seraient d'environ 2000. par an, soit quatre fois plus que le coût de l'électricité utilisée pour le chauffage.
Eau chaude
Dans ADD, la relation entre les coûts énergétiques du chauffage et de l'eau chaude est différente. Dans une maison de même architecture, mais avec le standard énergétique recommandé par le ministre des infrastructures comme rationnel (160 kWh / m2 / an), la demande annuelle de chaleur pour le chauffage sera de 160 kWh × 144 = 23040 kWh. La demande de chaleur annuelle standard pour le chauffage de l'eau pour 4 personnes est de 2500 kWh. Ainsi, pour la préparation de l'eau chaude, nous avons besoin d'environ 10% de la chaleur pour le chauffage. Du point de vue des coûts énergétiques, ce n'est pas un problème majeur. La situation est différente dans ADD - la demande de chaleur standard pour le chauffage de l'eau est plus de trois fois supérieure à la demande de chaleur pour chauffer la maison.
Il vaut donc la peine d'investir dans une réduction radicale de la demande en eau chaude. Une telle proposition peut être fortement opposée par la majorité des amateurs de bains chauds, parmi lesquels l'auteur de ce texte est également inclus. Heureusement, il s'avère qu'une réduction radicale de la consommation d'eau ne nécessite aucun sacrifice personnel, mais seulement une réduction de ses incroyables déchets. Il existe de nombreux exemples; d'après ma propre expérience, j'en citerai une: se brosser les dents avec un robinet ouvert avec de l'eau tiède. Plus de 80% du temps de cette opération, l'eau chaude s'écoule directement du robinet vers le drain. Si, au lieu des raccords traditionnels, un appareil sans contact était installé, l'eau ne coulerait que lorsque nous apportions notre main avec une brosse ou que nous puissions tirer de l'eau pour nous rincer la bouche.
En utilisant des aérateurs très efficaces, des équipements de proximité, des lave-vaisselle et des machines à laver modernes, nous pouvons réduire la consommation d'eau jusqu'à 60%. Ensuite, la demande de chaleur pour son chauffage (0,4 × 2500 = 1000 kWh) sera annuellement similaire à la quantité de chaleur nécessaire pour chauffer la maison, et si nous la renvoyons uniquement à la saison de chauffage - un peu plus de 30%.
Comment chauffer les pièces et l'eau en ADD
En ADD, il nous faut 911 kWh pour chauffer la maison et environ 320 kWh en saison de chauffage à partir d'une cheminée avec une chemise d'eau (les 680 kWh restants seront fournis par des capteurs solaires) pour préparer l'eau chaude, soit 1231 kWh d'énergie thermique au total.
Chauffage électrique. Le chauffage électrique serait sans aucun doute l'investissement le moins cher. Cependant, la forte probabilité d'augmentation radicale des prix de l'électricité et le risque croissant de pannes fréquentes du réseau électrique doivent être sérieusement pris en compte.
Les arguments écologiques sont également importants, car l'utilisation de l'électricité en Pologne est associée à une forte pollution environnementale.
Coûts estimés de 1 kWh d'électricité, y compris les coûts d'amortissement des appareils de chauffage, en supposant des dépenses d'investissement ne dépassant pas 3 000 PLN. et en supposant la durabilité de 10 ans des appareils de chauffage électrique, ils seront de 3000 / (10 ans × 1231 kWh / an) + 0,53 / kWh = 0,77. Ainsi, le coût du chauffage électrique, compte tenu des dépenses du système de chauffage dans l'ADD, serait de 1 231 kWh × 0,77 / kWh = 948 / an.
Cheminée avec une chemise d'eau. La cheminée avec une chemise d'eau est dépourvue des risques mentionnés ci-dessus et extrêmement bénéfique du point de vue de l'écologie. L'importance d'une cheminée est son lien avec l'archétype du feu et du foyer. C'est pourquoi de nombreuses personnes ne peuvent pas imaginer une maison sans elle. Supposons donc que les coûts de remplacement d'une cheminée ordinaire par une cheminée avec une chemise d'eau, avec un accumulateur de chaleur de 700-1000 litres et équipé d'une automatisation à batterie s'élèveront à 10000 …
Avec un coût de 1 kWh de chaleur bois à 0,15 et en supposant une durabilité de 15 ans de l'ensemble de l'installation, le coût de 1 kWh d'énergie obtenue à partir d'un tel système de chauffage sera de 10000 / (15 ans × 1231 kWh / an) + 0,15 = 0, 69. C'est moins cher qu'avec le chauffage électrique et sans les risques encourus, mais bien sûr beaucoup moins pratique. Bien que l'inconvénient soit ici beaucoup moins important que dans les maisons traditionnelles avec un tel système de chauffage, car à une température de -20 ° C, il suffit de charger la cheminée avec une puissance de 8 kW une fois (les inserts de cheminée les plus couramment utilisés dans les maisons individuelles sont de 8 à 20 kW). Cependant, à des températures extérieures plus élevées, il suffit de l'allumer une fois tous les quelques jours.
Malheureusement, utiliser le foyer en dehors de la saison de chauffage pour chauffer de l'eau n'est pas une bonne solution. Fumer dans une cheminée quand il fait chaud dehors n'est pas agréable, sans parler de la surchauffe.
Panneaux solaires. L'installation solaire est la solution au problème de l'eau chaude en été. Les capteurs sous vide haute température peuvent couvrir 100% de la demande optimisée en eau chaude de début mars à fin octobre. Pour que cela soit possible, leur pente par rapport à l'horizontale en mars et octobre devrait être de 60 °, et il serait préférable d'installer les collecteurs de telle manière qu'il soit possible de modifier l'angle de leur inclinaison. Dans ADD, ils sont situés sur le mur sud de la salle de loisirs.
4 m2 de capteurs à vide suffisent pour couvrir la demande totale en eau chaude de mars à octobre, en supposant leur rendement de 30% (il faut noter ici que les rendements de 60% donnés par les fabricants supposent la direction perpendiculaire du rayonnement solaire par rapport au capteur, qui n'a lieu que à midi).
Si vous assumez le coût d'une installation solaire d'un montant de 10000 (sans le réservoir, car nous avons déjà celui-ci) et sa durée de vie de 20 ans, le coût de 1 kWh sera de 10 000 / (20 ans × 680 kWh / an) = 0,76. C'est pratiquement la même chose que l'utilisation de l'électricité, mais compte tenu de la hausse de ses prix et du risque d'interruptions d'approvisionnement, il vaut la peine de choisir des collecteurs.
Dans les mois les plus ensoleillés, ils produiront un excès de chaleur important. Dans les installations classiques, ce problème est résolu à l'aide de diverses solutions techniques coûteuses. Dans ADD, ce problème est résolu par le réservoir de stockage au sol (GZC), qui prend en charge l'excès de chaleur en été.
Cellules hybrides. Une fois la demande de chaleur optimisée, le véritable défi est d'atteindre l'autonomie électrique. Nous aborderons cette question plus en détail dans le prochain épisode de cette série.
Maintenant, je voudrais simplement attirer l'attention sur une certaine propriété des cellules photovoltaïques, l'une des deux - à côté des moulins à vent - les sources d'électricité renouvelables les plus populaires. Eh bien, ils ont un inconvénient majeur. Il s'agit d'une diminution de 0,5% de la capacité pour chaque augmentation de 1 ° C de la température. Cela signifie que lorsque les cellules peuvent produire le plus d'énergie, c'est-à-dire lors d'une journée d'été très ensoleillée, leur efficacité diminue d'au moins 20% en raison de l'augmentation de la température.
Une façon de réduire cette goutte est de refroidir la cellule. Si nous utilisons de l'eau pour cela, ce sera un bon moyen de la chauffer. Malheureusement, pour refroidir efficacement la cellule, elle ne doit pas avoir une température supérieure à 30 ° C, ce qui signifie qu'elle sera peu utile aux habitants. À moins que nous ne l'utilisions pour chauffer le sol sous le bâtiment. C'est ainsi qu'est né le concept d'accumulateur de chaleur au sol. Ce n'était donc pas la recherche d'un moyen d'accumuler l'excès d'énergie solaire d'été pour l'hiver, mais la nécessité d'augmenter le rendement des cellules photovoltaïques.
La chaleur ainsi collectée peut bien entendu être utilisée pour chauffer le bâtiment en hiver. Pour ce faire, la température d'alimentation du système climatique devrait être inférieure à 25 ° C. C'est la situation à laquelle nous sommes confrontés dans notre maison, dont la puissance requise est de 17 W / m2.
Si le système de chauffage est un chauffage par le sol avec des sols en céramique ou autre, mais pas de barrières à la chaleur, la température de l'eau d'alimentation ne dépassera pas 25 ° C à la température de conception extérieure pour la troisième zone climatique -20 ° C.
Accumulateur de chaleur au sol. Une couverture thermique complète pour le chauffage domestique à des températures inférieures à -5 ° C nécessite l'accumulation d'environ 250 kWh d'énergie thermique dans le sol. Pour cette quantité de chaleur à une température de 25 ÷ 27 ° C, 250 m3 de sol humide avec une proportion importante de fractions argileuses (argile) suffisent. À des températures extérieures supérieures à -5 ° C, nous pouvons obtenir de la chaleur du ballon de stockage jusqu'à 21 ° C, soit 600 kWh supplémentaires. Il convient également de rappeler que grâce au réservoir, nous avons éliminé les pertes par le sol d'un montant de 400 kWh.
Le coût de construction du GZC est d'environ 15000 … Il peut refroidir des cellules PVT d'une superficie de plus de 50 m2 à 30 ° C. En améliorant leur efficacité, 50 m2 × 170 kWh × 0,2 = 1700 kWh supplémentaires seront produits avec une valeur de 1700 kWh × 0,53 / kWh = 900.
En supposant que sans le stockage, nous obtiendrions de l'énergie à partir du bois, les économies s'élèveront à 1 310 kWh × 0,15 / kWh = 197. Ainsi, les revenus totaux d'investissement dans un stockage de chaleur souterraine s'élèveront à 1097 par an. ) encouru pour sa performance d'un montant de 15 000/1097 = 13,7 ans, il est donc plus de deux fois plus court que le remboursement du prêt. En d'autres termes, même si les dépenses pour le conteneur terrestre (qui dure au moins 80 ans) proviennent du prêt, la somme des charges du prêt moins les avantages que nous retirons du conteneur sera inférieure au coût du prêt pour la construction d'une maison sans conteneur.
Le coût moyen de 1 kWh d'énergie obtenu grâce au stockage au sol est de 15000 / (80 ans × (1700 kWh / an + 1310 kWh / an) = 0,06. La valeur de marché de cette énergie est (1700 × 0,53 + 1310 × 0,15 ) / (1700 + 1310) = 0,36, donc six fois plus! A
suivre
La sélection optimale de la résistance thermique des cloisons du bâtiment et le placement de la plupart des fenêtres sur les élévations est, ouest et sud, ainsi que l'utilisation d'une ventilation très efficace avec récupération - en combinaison avec l'utilisation de capteurs appropriés et de cellules PVT - permet de réduire les coûts de chauffage et de préparation d'eau chaude à 320 kWh, obtenu en brûlant du bois dans la cheminée, avec une valeur symbolique de 50 / an. Cela signifie que les solutions proposées garantissent non seulement l'autonomie énergétique dans le domaine du chauffage et de l'eau chaude, mais aussi la somme la plus faible des coûts d'investissement et des coûts énergétiques au moment du remboursement du prêt, et donc la plus grande disponibilité de la maison (plus sur www.dommadd.pl).
Dans le prochain numéro, nous décrirons la portée possible de l'autonomie dans le domaine de l'électricité.
