Pourquoi 15 kWh/m²a ?

Un des trois critères nécessaires à l'obtention de la certification passive est d'avoir un indice énergétique chaleur de chauffage de maximum 15 kWh/m²a.

Il s'agit de la quantité d'énergie (kWh) annuelle de chauffage nécessaire pour maintenir la température de la maison à 20 C exprimée en mètre carré d'habitation (m²a).
Pourquoi 15 kWh/m²a et pas 14 ou 16? D'où vient cette valeur arbitraire ?
La réponse se trouve dans la bible de la maison passive. Le texte ci-après est une tentative de vulgarisation de ma part.

Dans une maison passive, la température est constante : les déperditions de chaleur sont compensées par des apports de chaleur internes (lampes, cuisine, habitants) et externes (chauffage d'appoint).
L'idée de la maison passive est d'isoler de telle manière à pouvoir se passer d'une installation chauffage classique.
Le chauffage d'appoint sera obtenu grâce à la ventilation.
En résumé, la chaleur apportée par la ventilation en 24 heures doit compenser les déperditions de chaleur dues aux conditions climatiques sur cette même période.

La quantité de chaleur disponible par la ventilation est limitée par différents facteurs :

• L'air injecté ne peut dépasser plus de 50 C (au-delà de cette température, la poussière s'agrège et dégage des odeurs).
• Dans une maison passive, on veut limiter les déperditions dues à la ventilation autant que possible. Selon la norme DIN 1946 l'apport minimum est de 30m³ par personne.

L'air, contrairement à l'eau, à une capacité calorifique très limitée : 0,33 Wh/m³K à 20 C.
Par exemple, lorsque je chauffe un mètre cube d'air de 20 C à 50 C, j'injecte 10 Watt (0,33 * (50-20) = 10) dans ce mètre cube.
La quantité de chaleur maximum disponible à travers la ventilation peut être déterminée par cette petite formule :

30 m³/h/Pers * 0,33 Wh/m³K *(50-20) K = 300 W/Pers.

Si l'on affecte 30 m² par personne cela donne 10 W/m².

Ces 10 W/m² représentent la puissance de chauffage maximum disponible en limitant le chauffage par l'air à 50 C (odeur) et les débits de ventilation limités à 30 m³ par personne.
L'idée est de construire une maison dont l'isolation au plus fort de l'hiver limite la déperdition thermique à 10 W/m².
Mais comment passe-t-on d'une valeur de puissance de 10 W/m² à une valeur d'énergie de 15 kWh/m²a ?

L'explication sera plus facile avec une série de graphiques.

Grâce à une simulation dynamique, on construit un graphique où l'on calcule pour chaque jour de l'année la déperdition thermique du bâtiment (toujours en W/m²).

1. Pour dix centimètres d'isolation, j'obtiens le graphique suivant :




2. Notre but est de pouvoir se passer d'un système de chauffage conventionnel, la valeur limite de 10 W/m² ne peut donc pas être dépassée.

3. Je vais augmenter l'épaisseur de l'isolation afin de ne plus dépasser cette valeur de 10 w/m2


Afin de ne pas dépasser la ligne rouge, je dois avoir une isolation de 30 centimètres.
Il s'agit maintenant d'une maison passive !

Le problème avec cette technique, est de créer une simulation dynamique de la maison afin de simuler la réaction du bâtiment jour après jour (ensoleillement, vent, température diurne et nocturne, ventilation, ....). Ce genre de programme est très chers et difficiles à mettre en œuvre.

Chaque maison a évidemment une courbe de puissance différente car les variables nécessaires au programme sont propres à chaque bâtiment ( orientation, la surface vitrée, le système de ventilation, pluviométrie, ..).

En additionnent les puissances journalières tout au long de l'année, on obtient l'énergie de chauffage annuelle. Cette intégration du temps permet de passer de W/m² à des kWh/m²a.
La valeur de cette indice énergétique est égale à la surface définie sous la courbe de puissance toute au long de l'année.

L'avantage de travailler avec la notion d'énergie, est de pouvoir se passer de simulation dynamique et utiliser des valeurs moyennes à la place.

L'institut de la maison passive, après de nombreuses études, a remarqué que toutes les maisons en Europe du nord qui répondent à ce critère de maximum 10 W/m² ont une déperdition totale de 15 kWh/m²a.
En clair, toutes les maisons passives ont des courbes différentes mais les surfaces en-dessous de celles-ci sont toutes égales.

Le respect de cette valeur de 15 kWh/m²a permet de s'assurer que l'isolation est suffisante pour ne jamais dépasser la valeur de 10 W/m2 fatidique.

PHPP permet de faire ce genre de calcul d'une manière mensuelle :

(PHPP2007 : méthode mensuelle pour le calcul du K)