Les maisons neuves d'aujourd'hui sont thermiquement très performantes. Elles le seront encore plus dans les prochaines années. Mais si les gains sur le bâti atteignent un palier, la marge de progression repose maintenant sur les matériels de chauffage et de production d'eau chaude sanitaire. Et dans ce domaine, les industriels font preuve d'une imagination débordante. Autre tendance forte, le développement de l'autoconsommation. Autrement dit, le particulier produit sa propre électricité et sa maison devient autosuffisante, voire excédentaire. Le surplus peut alors être revendu pour être réinjecté dans le réseau EDF.
Quand la tuile photovoltaïque remplace la traditionnelle tuile de terre cuite. Cette solution signée Tereal garantit jusqu'à 30 % d'économies annuelles en électricité. www.imerys-toiture.com© Imerys Réutiliser l'énergie de la maison
Réutiliser les énergies que l’on croyait perdues, c’est maintenant possible. Avec le système Habitat Thermogène ®, Cardonnel Ingénierie, un bureau d'études thermiques, a mis en application la fameuse maxime du physicien Lavoisier, « rien ne se perd, rien ne se crée, tout se transforme ! ». La récupération de l’énergie qui quitte les bâtiments et sa réutilisation deviennent une réalité. Le principe ? Utiliser les énergies dites fatales de la maison et les mettre au service du chauffage et de l'eau chaude sanitaire. « Le recyclage des énergies dans les maisons est le défi de demain », souligne Christian Cardonnel, fondateur du bureau d'études thermiques éponyme.
Simple en apparence, ce concept consiste à récupérer les kilowatts qui partent dans la nature. Le module Habitat Thermogène® est placé dans une armoire modulable entièrement « plug and play ». Il s'installe sans difficultés dans une maison même petite puisque son gabarit est de 0,7 m de profondeur et de 1,5 m de largeur, soit une emprise au sol d’environ 1 m2. L'armoire comprend un ballon thermodynamique, un ventilateur et un tableau électrique. En toiture, 4 à 12 panneaux photovoltaïques intégrés produisent l’énergie électrique qui est autoconsommée.
L'appoint se fait par une chaudière gaz ou une résistance électrique. Concrètement, ce système, déjà commercialisé, utilise l'air chaud qui se trouve sous les capteurs solaires, dans les vérandas ou même dans le vide sanitaire pour produire le chauffage ou l'eau chaude sanitaire. Il est alors utilisé par la pompe à chaleur thermodynamique qui produit le chauffage et l'eau chaude sanitaire. Avec les auxiliaires et l’éclairage, la consommation d’énergie électrique dans une maison RT 2012 tombe à 20 kWh/m2/an. En outre, une bonne partie est compensée par l’apport des capteurs photovoltaïques. Le prix ? Il faut compter environ 10.000 €.
L’Evolu'Kit d'Imerys est facilement intégrable à toutes les maisons, quelle que soit la solution de chauffage choisie (gaz, électricité, PAC, poêle à granulés…). www.imerys-toiture.com© Imerys La toiture, source d’énergie
La toiture est la partie de la maison la plus chaude. Elle reçoit en permanence le rayonnement solaire. Alors pourquoi ne pas récupérer utilement ces apports solaires ? Les toitures en pente sont traditionnellement ventilées en sous-face des produits de couverture. En passant sous les tuiles de terre cuite, l’air se réchauffe.
L’idée est d’associer des panneaux photovoltaïques et un ballon thermodynamique. Les calories récupérées servent alors à chauffer l’air entrant dans le chauffe-eau thermodynamique, ce qui permet d’en améliorer le rendement. Le système est posé entre les tuiles et l’écran de sous-toiture dans l’épaisseur du toit et est raccordé par un tube au chauffe-eau thermodynamique. Le système complet permet de faire baisser la consommation électrique de la pompe à chaleur du chauffe-eau dans des proportions appréciables.
Ainsi, la consommation initiale d’un ballon peut être divisée par trois. « L’innovation Lahe-Roof + micro PV + tuiles zen nous permet de proposer un système de chauffage effet Joule (NDLR chauffage électrique) au même prix que les solutions régulièrement proposées dans le cadre de la RT 2012 comme la pompe à chaleur », précise André Legeard, directeur des Maisons Aura.
La pile à combustible au gaz naturel
Avec son rendement électrique remarquable (jusqu’à 60 %), la pile à combustible au gaz naturel apparaît comme la technologie de micro-cogénération la plus prometteuse. Dans une démarche d’autoconsommation, jusqu'à 80 % de l’électricité produite par cet appareil peut être utilisée directement dans la maison. Si le prix est encore dissuasif, la fabrication et l'installation en grande série devraient le faire baisser dans les prochaines années. Pour le moment, il faut compter environ 15.000 €. Le prix d'une chaudière hybride varie de 3.000 à plus de 10.000 €.
Avec sa puissance thermique de 1 kW, la pile à combustible couvre en grande partie les besoins calorifiques. En cas de besoin, la chaudière gaz à condensation se met automatiquement en marche. www.viessmann.fr© Viessmann La pile à combustible est un matériel particulièrement innovant pour la production d’électricité, de chaleur et d’eau chaude sanitaire dans les maisons neuves. Tout d'abord il n'y a pas de stockage d'hydrogène dans la maison. Donc c'est absolument sans aucun danger. Seule contrainte, la maison doit être raccordée au réseau de gaz naturel. Ce dernier est transformé en hydrogène. Il réagit avec l’oxygène de l’air dans un cœur de pile permettant ainsi une production d’électricité et de chaleur. La chaleur produite est accumulée dans un ballon de stockage qui sert au chauffage et à l’eau chaude sanitaire. Une chaudière à condensation couplée à la pile apporte le complément de chaleur et garantit le confort des habitants.
L’électricité produite couvre une grande partie des besoins électriques de la maison. Elle peut même être réinjectée dans le réseau. Pour Régis Contreau, chef produits systèmes de production d’électricité décentralisée chez GRDF, « la pile à combustible au gaz naturel est parfaitement adaptée aux maisons individuelles performantes neuves. L’autoconsommation de l’électricité permet de limiter celle provenant du réseau. A ce titre, elle s’inscrit dans la perspective des futurs labels de performance énergétique ».
Thermodynamique : les solutions hybrides
La chaudière hybride réversible. C'est le résultat de l'association intelligente d’une chaudière à condensation et d’une pompe à chaleur de faible puissance, deux solutions éprouvées. La chaudière hybride réversible permet d’utiliser l’énergie la plus avantageuse à tout moment et ainsi d’optimiser la performance énergétique dans la production de chauffage et d’eau chaude sanitaire. La version réversible assure en plus une fonction de rafraîchissement de l’air. Le système se compose d’une Pac aérothermique de faible puissance (≤ 5kW), d’une chaudière à condensation (de 24 à 30 kW) et d’une régulation pour optimiser la consommation d’énergie primaire.
Confort et économies. En fonctionnement, la Pac aérothermique assure le chauffage lorsque la température extérieure est douce. La chaudière à condensation prend le relais lorsqu'elle est faible. C’est la régulation intelligente qui permet d’utiliser le système le plus performant en énergie primaire, en comparant le COP (Coefficient de performance) de la Pac et le rendement de la chaudière à condensation en fonction de la température extérieure et de la température de consigne. Cette solution innovante est particulièrement adaptée aux régions dans lesquelles les hivers ne sont pas rigoureux comme le Sud-Ouest ou le Sud-Est et où, de plus en plus, les habitants ont besoin du rafraîchissement de l’air tout en restant au gaz naturel. Le prix d'une chaudière hybride varie de 3.000 à plus de 10.000 € selon la puissance. Par ailleurs, la chaudière hybride peut être installée par un seul intervenant plombier chauffagiste.
Le chauffe-eau thermodynamique hybride
Cet appareil associe un chauffe-eau thermodynamique (CET) individuel classique et une chaudière gaz à condensation. Les deux éléments sont couplés et régulés afin de tirer les meilleures performances de chacun. La régulation est le cœur du système. Elle permet de faire fonctionner les générateurs sur des plages de température dans lesquelles ils sont les plus efficients en énergie primaire ce qui permet d’améliorer la production d’énergie renouvelable du chauffe-eau thermodynamique. Le fonctionnement du CET hybride s’appuie sur un concept innovant : l’eau chaude sanitaire est préchauffée par un CET équipé d’une pompe à chaleur alimentée par l’air extérieur, la chaudière à condensation associée assure l’appoint si nécessaire en l’élevant à la température de consigne. La chaudière assure également le chauffage du logement. Ce couplage intelligent d’un chauffe-eau et d’une chaudière gaz permet de doubler la part d’énergie renouvelable dans la maison et d’économiser 10% sur la consommation d’énergie pour la production d’eau chaude. Il faut compter un budget de 3.000 € à 6.000 €.
La géothermie contre-attaque
La géothermie permet d'exploiter une ressource thermique inépuisable sous nos pieds. Le sol de nos jardins présente en effet la particularité d'avoir une température constante de 11 à 12 °C à 80 cm de profondeur tout au long de l'année, ce qui garantit un rendement optimal quel que soit le mois. En cas de grand froid extérieur, aucun chauffage d'appoint n'est ainsi nécessaire puisque la température de la source de chaleur (le sol ou une nappe phréatique) varie très peu tout au long de l'année.
Capteurs géothermiques en cours de pose. Ils récupèrent les calories du sous-sol pour les injecter dans la maison via une pompe à chaleur.© Sofath Le principe technique : les calories du sous-sol sont prélevées par un réseau de capteurs horizontaux enterrés à faible profondeur dans lesquels circule un fluide frigorigène. Un échangeur permet ensuite de transférer ces calories, soit au réseau de chauffage, soit à un ballon de stockage pour l'eau chaude sanitaire.
La pompe à chaleur géothermique peut fournir jusqu’à 70 % des besoins en énergie pour chauffer une maison ainsi que l'eau chaude sanitaire. Les Pac géothermiques affichent des Cop de 4 à 5 sur sol, voire de 5 à 6 sur nappe. Ce qui en fait des matériels très performants. Outre le chauffage de la maison, la Pac géothermique peut assumer trois autres fonctions en option : la production d'eau chaude sanitaire, le chauffage d'une piscine et le rafraîchissement. Le prix ? Comptez 10.000 € fourni posé pour une maison de 80 à 120 m2.
Chaudières innovantes
La chaudière thermodynamique. Cette technologie, développée par BoostHeat, combine une chaudière à condensation et une toute nouvelle pompe à chaleur gaz utilisant le CO2. Au cœur de cette technologie se trouve un compresseur thermique utilisant la chaleur du brûleur pour comprimer efficacement le fluide frigorigène naturel. La conception de ce compresseur permet de réaliser un cycle de compression thermique à haute température (de l’ordre de 700 °C), permettant de générer de très hauts rendements. Le pouvoir calorifique du combustible est utilisé non pour alimenter le circuit de chauffage mais pour réaliser la compression du frigorigène utilisé dans la Pac. Sa particularité est d’initier le cycle de compression grâce à la chaleur de la flamme de la chaudière, alors que tous les compresseurs actuels utilisent l’électricité pour initier une compression mécanique. Or la compression thermique est beaucoup plus efficace en termes de rendement. En utilisant le CO2 comme fluide thermodynamique on divise par deux les consommations d’énergie par rapport aux chaudières à condensation actuelles ! D’où un rendement de 175 à 200 % ! Le prix estimé est de l'ordre de 10.000 €.
La solution BoostHeat combine pompe à chaleur et chaudière à condensation.© BOOSTHEAT La Pac à adsorption à zéolithe. Ce type de pompe à chaleur combine une chaudière gaz à condensation, des panneaux solaires et une roche aux propriétés calorifiques élevées, la zéolithe. Cette dernière possède la propriété d’adsorber une grande quantité de vapeur d’eau, ce qui produit par réaction chimique de la chaleur. Son utilisation ne provoque aucun rejet de CO2 et elle ne nécessite pas d’entretien. Comment fonctionne ce type de Pac ? L’eau contenue dans l’évaporateur/condenseur se transforme en vapeur au contact d’un circuit solaire, qui produit aussi de l’eau chaude sanitaire. La vapeur d’eau se dépose sur la zéolithe. La chaleur ainsi dégagée est distribuée dans le réseau de chauffage. La phase de désorption consiste à assécher la pierre grâce à la chaudière gaz condensation. L’eau obtenue par la désorption retourne dans le condenseur chauffé par les panneaux solaires, ce qui provoque à nouveau un dégagement de chaleur. Et ainsi de suite.
Un pilote extrêmement précis permet de gérer de façon optimale les différents éléments du système. Lors de journées ensoleillées, les panneaux travaillent seuls. Lorsqu’ils ne sont plus suffisants, les panneaux solaires agissent alors sur la pierre et le brûleur de la chaudière se met en route. C’est seulement à ce moment-là qu’il y a consommation d’énergie, pour l’assèchement de la pierre et pour l’apport supplémentaire en eau chaude. Côté performances, le rendement de cette pompe à chaleur est de l’ordre de 136 %. Le prix du système complet avec les panneaux solaires oscille entre 12.000 et 15.000 € HT.
