La plupart des référentiels basse énergie expriment les exigences à respecter en kWh/m².an mais attention : elles ne prennent pas forcement en compte les mêmes paramètres et la même procédure de calcul. Attention donc à ne pas tout mélanger.
Article écrit en septembre 2008
Besoin utile de chauffage
Pour caractériser la performance d’enveloppe d’un bâtiment, on raisonne en énergie utile.
L’énergie utile caractérise le besoin énergétique brut , c’est à dire l’énergie nécessaire pour satisfaire un besoin, pour le chauffage atteindre une consigne de température de 20°C. Dans une démarche à basse consommation d’énergie, les besoins bruts permettent donc de caractériser la performance de l’enveloppe isolante.
On intègre donc dans le calcul toutes les déperditions par les parois, le renouvellement d’air, les ponts thermiques, et tous les gains solaires, métaboliques, par les équipements. Les calories nécessaires pour atteindre la température voulue représentent le besoin brut de chauffage.
Le principe est identique pour les besoins en frigories.
Besoin utile = performance d’enveloppe = Déperditions – Apports utiles
Le besoin utile de chauffage donne une idée sur la qualité intrinsèque du bâtiment. C’est donc une information essentielle. On la retrouve dans la construction passive (15 kWh/m².a), et pour la RT2012, dans le coefficient Bbio (avec d’importantes différences dans les calculs entre l’un et l’autre du fait des scénarios de calculs utilisés, le besoin de chauffage calculé en RT2012 étant trois fois inférieur à celui calculé avec le logiciel passif).
Consommation en énergie finale
Lorsque l’on parle de consommation, on parle en énergie finale. La principale différence avec un calcul de besoin, c’est que l’on intègre le rendement de l’équipement de production de chaleur, ainsi que les pertes du réseau de distribution. Cela permet de déterminer l’énergie qui sera réellement consommée pour satisfaire le besoin.
C’est l’énergie facturée au consommateur.
Consommation finale = Consommation facturée = Besoin utile x Rendement de l’appareil de chauffage (exemple : chaudière, radiateurs, régulation)
ll est une question qui revient souvent : ne serait-il pas plus simple que les calculs thermiques soient exprimés en énergie finale vu qu’il est facile de relever son compteur ou regarder ses factures ?
C’est en fait une très mauvaise idée, puisque la consommation finale donne très peu d’informations pertinentes pour jauger un projet.
D’une part parce que une faible consommation en kWh ne signifie pas forcément un faible coût de fonctionnement. Prenons par exemple une maison dont le besoin de chauffage est de 10000 kWh/an.
Sa consommation finale pour le chauffage serait de 11100 kWh/an dans le cas d’une chaudière bois de 90% de rendement ou de 3300 kWh/an dans le cas d’une pompe à chaleur de 300% de rendement (COP de 3).
Si l’on comptabilisait en énergie finale, on pourrait isoler trois fois moins en disposant une pompe à chaleur pour que la consommation finale soit équivalente à une chaudière bois. Pour autant, il ne faut pas se focaliser uniquement sur les chiffres annoncés en kWh, qui dans le cas du chauffage par pompe à chaleur est très favorable. L’intérêt de toutes les démarches présentées est de réduire entre autre la dépense énergétique, et les différences de prix d’achat entre le bois et l’énergie vont pondérer les différences entre les solutions.
Le coût de chauffage serait en effet de 600€/an dans le cas d’une chaudière bois de 90% de rendement. Le coût de chauffage serait de 480€/an dans le cas d’une pompe à chaleur de 300% de rendement (COP de 3, en incluant un abonnement d’électricité plus élevé).
Consommation en énergie primaire
L’énergie primaire caractérise un coût énergétique global. Il va prendre en compte l’énergie consommée mais également l’énergie qu’il aura fallu produire en amont pour apporter cette énergie à la maison. Par exemple, pour le chauffage électrique, on intègre les pertes de transport de l’électricité sur le réseau EDF, et le rendement des centrales électriques. Le rendement moyen en France de production/acheminement de l’électricité étant proche de 38%, on pondérera les consommations énergétiques par ce facteur de conversion pour obtenir le résultat en énergie primaire.
Consommation primaire = Consommation notée dans les calculs thermiques = Consommation finale x facteur de conversion selon énergie utilisée
Reprenons pour exemple une maison qui aurait un besoin brut de 10000 kWh/an.
Sa consommation finale pour le chauffage serait de 11100 kWh/an dans le cas d’une chaudière bois de 90% de rendement. Sa consommation primaire pour le chauffage serait de 6660 kWhep/an (Vecteur biomasse de 0.6 en BBC).
Sa consommation finale pour le chauffage serait de 3300 kWh/an dans le cas d\’une pompe à chaleur de 300% de rendement (COP de 3). Sa consommation primaire pour le chauffage serait de 8514 kWhep/an (Vecteur Électricité de 2.58 en BBC).
Les besoins en énergie primaire sont utilisés comme valeurs de référence dans la plupart des démarches, mais en associant des vecteurs énergétiques différents.
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Type d\’énergie |
France RT 2005 / RT 2012 |
France Effinergie BBC+ |
Suisse Minergie |
Europe Passif |
|---|---|---|---|---|
|
Convention utilisée pour le dossier
|
kWhep
|
kWhep
|
kWhep
|
kWhepnr
|
|
Électrique |
2,58 |
2,58 |
2 |
2,6 |
|
Bois |
1 |
1 (0.6 en BBC) |
0.7 |
0,2 |
|
Gaz / Fioul |
1 |
1 |
1 |
1,1 |
|
Photovoltaïque |
2.58 |
2.58 |
2 |
0,7 |
|
Solaire |
0 |
0 |
0 |
0 |
Tableau des facteurs de conversion (réalisé par Fiabitat Concept)
Pourquoi tout le monde n’est pas d’accord ?
Le vecteur énergétique dépend de la politique énergétique de chaque pays, de ses choix en matière de production électrique essentiellement. La France majoritairement en nucléaire est défavorisée par le faible rendement des centrales (2.58), par rapport à la Suisse (2). Globalement, en Europe, le facteur moyen est de 2.70.
Note : dans les faits, le coefficients en énergie primaire pour l’électricité se situe autour de 3.30. Voir par exemple ce site pour connaitre les facteurs de conversion en Europe.
Le vecteur énergétique peut varier dans un même pays en fonction de ses politiques énergétiques, et pour mettre à niveau des solutions de production de chauffage. L’exemple du bois est parlant. Considérer un facteur de 1 revient à considérer que l’énergie consommée est égale à l’énergie qu\’il aura fallu produire. Considérer un facteur inférieur à 1 revient à considérer que l’énergie produite est inférieure à l’énergie consommée, c’est absurde. Pourtant c’est logique.
Notre exemple plus haut ne comparait pas la pompe à chaleur et le chauffage bois par hasard. En utilisant un vecteur énergétique du bois de 1, le bois n’est pas aussi intéressant en consommation primaire que la PAC (11000 kWh.ep contre 8530 kWh pour la PAC). Les labels ayant des exigences en énergie primaire, cela revient à tenir pour discours qu’il faut disposer des pompes à chaleur sur les maisons basse énergie.
En diminuant le vecteur énergétique du bois, on replace la PAC au même niveau que le bois en énergie primaire. Cela permet donc aux labels basse consommation de promouvoir différentes solutions de chauffage, le bois en premier lieu parce qu\’il produit bien moins de gaz à effet de serre que l’électricité.Note : Avec la RT2012, le principe du coefficient de 0.6 utilisé pour le BBC n’est pas conservé. En lieu et place, un coefficient fait son apparition (le Mcges), qui donne une « autorisation » à consommer plus lorsque le projet utilise une énergie bois pour le chauffage ou l’eau chaude.
Emissions de CO2
Enfin, les consommations d\’énergie ont un coût environnemental, caractérisé par une production de gaz à effet de serre (ramené en grammes d’équivalent CO2) par kWh énergétique consommé (énergie finale) . Un calcul intègre en fonction des usages une production de CO2 liée.
|
Type d\’énergie |
France RT 2005 |
France Effinergie |
Europe Passif |
|---|---|---|---|
|
Électrique |
Chauffage 180 |
Chauffage 180 |
680 |
|
Bois |
10 |
10 |
50 |
|
Gaz naturel |
230 |
230 |
250 |
|
Fioul |
300 |
300 |
310 |
|
Photovoltaïque |
/ |
/ |
250 |
|
Solaire |
0 |
0 |
0 |
Tableau des production de gaz à effet de serre (unités en gCo2eq/kWh)
Les données ne sont pas fondamentalement différentes entre la France et l’Europe sauf au niveau de la production d\’électricité ou l’on considère 180 g d’équivalent Co2 par kWh consommé contre 680 g en Europe.
La production de gaz à effet de serre de l\’électricité dépend des usages, et de leur répartition dans l\’année. Le chauffage électrique se prête assez mal à une production nucléaire de par le fait que la consommation des ménages fluctue fortement en fonction des coups de froid. De plus en plus, le chauffage électrique par grand froid est donc assuré par des centrales thermiques au gaz peu performantes, ce qui peut donner en France pendant les périodes de pic de la demandes des productions de Co2 supérieures à 700 g par kWh consommé.
On considère pour la biomasse l\’effet de serre d\’origine anthropique. Le bois se décompose et réémet dans l\’atmosphère le carbone stocké pendant sa croissance. Brûler du bois revient à substituer la combustion du bois à sa décomposition naturelle et n\’ajoute pas de Co2. On considère donc les gaz à effet de serre générés par l’abattage, conditionnement, déplacement du bois jusqu’au site.
On peut distinguer sur cette première vue d’ensemble plusieurs logiques.
Le standard Maison passive caractérisant des bâtiments se passant de système de chauffage spécifique (on peut chauffer avec un poêle, une batterie chaude sur la VMC ou une petite pompe à chaleur, mais on se passera de réseau de distribution de la chaleur), c\’est la performance du bâti qu\’il faut caractériser, d’où le choix du 15 kWh/m² en besoin utile.
Si le calcul était fait en énergie finale, l’intégration des rendements de pompe à chaleur par exemple pondéreraient les consommations et leur usage serait un moyen d’être passif à moindre performance. L’objectif étant de limiter le recours à tout moyen de chauffage, il faut considérer les besoins utiles.
Lorsque l’unique exigence est déterminée en énergie primaire (Effinergie), il est possible de répondre aux exigences du label selon différents moyens : performance de l\’enveloppe, performance de l\’équipement de production, réduction des consommations d\’éclairage, production d\’électricité photovoltaïque…). Le maître d’ouvrage détermine en fonction de ses besoins quelle approche il retiendra.