Petit immeuble passif à Paris : 300 € de chauffage/an

dimanche 14 juin 2009 Écrit par  rédaction

immeuble passif à Paris avec géothermiePetit immeuble passif parisien de 4 étages doté d'un chauffage géothermique, la Maison Bocage vise le label Minergie-P avec une consommation d'énergie primaire de seulement 28 kwh/m².an. L’immeuble, qui devrait être livré fin 2009, est conçu par le cabinet d'architectes Canale3.

En retrait des flots de voitures, la rue Juillet, où l’immeuble est construit, est en forte pente et jouit d’un calme appréciable en ville. Intégré dans un environnement urbain assez dense, l'immeuble comprendra un studio de près de 50m2 au rez-de-chaussée, deux T2 de 50 et 65 m2 aux pemier et deuxième étages, et un T4 de 117m2 en duplex avec terrasse aux troisième et quatrième étage. Le projet correspond à la reconstruction d’un immeuble de gabarit similaire qui a été démoli. La SHON (surface hors d’œuvre nette) de la construction est de 361 m2, pour une surface habitable de 295m². 

300 € de chauffage par an pour tout l'immeuble

immeuble passif à paris Le choix de la labellisation Minergie-P (P comme passive) oblige à une consommation énergétique maximale de 30 kWh/m².an d'énergie primaire pour le chauffage, la production de l'eau chaude, la ventilation et les auxilliaires de chauffage (pompes, circulateurs, ventilateurs). L'opération est suivie par Prioriterre qui agit comme certificateur de Minergie France. En fait, les études thermiques réalisées par le bureau d'etude S2T donne une consommation de 28 kWh/m².an dont 18 pour le seul chauffage. Comme il s'agit d'énergie primaire, et le coefficient retenu par Minergie étant de 2 pour l'électricité, la consommation au compteur sera de 9kWh/m².an pour le seul chauffage, consommation à laquelle, en toute logique, il faut ajouter la consommation des pompes et de la ventilation. Soit de l'ordre de 10 kWh/m² par an. Sur la base du tarif EDF heures creuses/heures pleines, on obtient une facture de chauffage de l'ordre de 300 euros par an pour tout l'immeuble, hors abonnement électrique ! Ces performances énergétiques sont atteintes grâce à une enveloppe très isolante (34 centimètres de fibre de bois pour les murs extérieurs, 40 cm pour la toiture), à une bonne compacité et une forte inertie. Toutes les fenêtres sont dotées de triple vitrages.

Ossature métallique + ossature bois

Détails des parois extérieures

isolation en fibre-de-boisOssature bois avec isolation renforcée : plaque de BA 15, panneau isolant de fibres de bois de 140 mm fixé sur un lattage horizontal, barrière vapeur, panneau de fibres de bois de 200 mm dans l'ossature, contreventement, pare-pluie et zinc

La structure de l’immeuble est métallique : ossature métallique, charpente métallique, plancher métallique collaborant(1). Une ossature secondaire en bois (voir ci-contre) vient doubler la structure métallique pour supporter les menuiseries, l'isolation, le pareventement et un bardage extérieur en zinc. Le soubassement en béton porteur s'élève jusqu'au plancher du premier étage. Le béton CCV(2) est utilisé pour les parements. Le choix du sytème constructif et des matériaux a été dicté par un souci de durabilité. Les experts trouveront plus de détails sur ce système constructif à la fin de cet article.

Captage géothermique dans les carrières

Maison Bocage en un coup d'oeil

 SHON = 361 m2 Surface habitable = 295 m2. Montant des travaux = 665 000 € HT pour 4 logements. Certification Minergie-P (par PrioriTerre)

Ossature métallique, planchers collaborants. Ossature bois secondaire. Isolation murs et toiture en fibre de bois (U = 0,20 W/m2.K). Menuiseries extérieures en bois (Uw = 1,7 W/m2.K). Bardage et couverture en zinc.

Pompe à chaleur + géothermie verticale. Ventilation double flux Récupération de la chaleur des eaux usées. Récupération des eaux de pluie Consommation totale : 28 KWh/m2.an (énergie primaire).

L'équipe :
CANALE3, architecte, coordinateur HQE
S2T, BET énergies
BETC Masse, BET structure

L'immeuble est situé dans la zone des anciennes carrières de Ménilmontant et l'administration oblige à des fondations profondes jusqu' à 17 mètres de profondeur, en l'occurrence des pieux de béton (9 pieux). L'architecte en tire parti pour mettre en oeuvre des puits géothermiques verticaux en noyant dans le béton des pieux un réseau de tuyaux pour capter la chaleur du sous-sol (de 11 à 13 °C toute l'année). Au moment où nous écrivons ces lignes, la nature du fluide caloporteur n'avait pas été entérinée ; l'eau glycolée est a priori écartée du fait des risques de pollution en cas de fuite.

Chantier vert

Le chantier sera organisé de manière à réduire au maximum les nuisances liées à l'opération, à l'intérieur même du chantier pour le personnel, mais aussi à l'extérieur pour les riverains , ce qui implique : les circulations, le stationnement et la sécurité des riverains ; la sécurité du personnel ; le bruit ; les salissures les poussières et les boues ; la préservation du site et la gestion des déchets. Par ailleurs, la technique de construction et de mise en oeuvre (ossature, filière sèche) facilitent le recyclage, limitent la production de déchets sur le chantier et réduisent les nuisances engendrées pour les riverains.

Intelligence thermique très électrique 

Le chauffage et l’eau chaude sanitaire sont assurés par une pompe à chaleur avec captage géothermique vertical à 17 mètres de profondeur. Le chauffage, ou le refroidissement, est assuré par une ventilation double flux.

En hiver, les calories sont pompées dans le sous-sol parisien et envoyées d'une part dans un échangeur de la ventilation double flux (batterie chaude) pour chauffer les appartements, et d'autre part vers des ballons pour la production d'eau chaude sanitaire.

pompe à chaleur et ventilation double flux sur géothermie  pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire

En été, la pompe a chaleur n'est pas inversée, et continue à produire de la chaleur (de façon intermittente) pour l'eau chaude sanitaire. Mais un puisage sur le circuit de retour de la géothermie permet d'alimenter un deuxième échangeur (batterie foide) dans la ventilation double flux et de rafraichir l'air. Ce système présente un triple avantage : il rafraîchit l'air ambiant en puisant des "frigories" dans le sous-sol, mais de façon passive ; on n'inverse pas le mode de fonctionnement de la pompe à chaleur ; on réinjecte des calories vers le sous-sol en été.

refroidissement par géothermie et vmc dfouble flux 

Selon Yves Monnot, notre interlocuteur de Canale3 et président du Syndicat des architectes de Paris   (Sap- Unsfa75 affilié à l'Union nationale des syndicats français d'architectes), sans ce système, le refroidissement du sous-sol au fil du temps, ferait baisser le rendement de l'installation. Dans le schéma de principe ci-contre, le fluide caloporteur du circuit géothermique, alimente directement un échangeur dans la ventilation double-flux ; en réalité un cicruit intermédiaire à eau pure est nécessaire afin desupprimer tout risque de diffusion du fluide caloporteur dans les logements. 

A noter également, un système de récupération des calories des eaux usées par le biais d’un drain échangeur qui préchauffe l’eau chaude sanitaire. En pratique le tuyau des eaux usées est rendu thermiquement solidaire de celui de l'arrivée d'eau froide.

Enfin il est également prévu de récupérer l’eau de pluie pour l’entretien de la courette et si possible pour une utilisation dans les toilettes après accord des services sanitaires.

POUR LES EXPERTS

Grâce à une véritable culture du partage du cabinet Canale3, et à une grande disponibilité de nos interlocuteurs, DDmagazine a pu disposer de l'ensemble des éléments techniques de la Maison Bocage. L'objectif visé par le cabinet d'architecte étant d'échanger dans un domaine où, en France du moins, l'expérience est encore rare, les professionnels trouveront ci-dessous des détails précieux sur les choix techniques de l'équipe conceptrice. N'hésitez pas à poser des questions dans les commentaires. 

Détails de l'isloation thermique

{slimbox album=|maison-bocage| title=|Coupe verticale sur façade pleine - Document Canale3|}images/stories/maison-passive/immeuble-passif-paris-coupe1.jpg{/slimbox}{slimbox album=|maison-bocage| title=|Coupe verticale sur raccord mur/plancher/fenêtre - Document Canale3|}images/stories/maison-passive/immeuble-passif-paris-coupe2.jpg{/slimbox} {slimbox album=|maison-bocage| title=|Coupe horizontale sur mur - Document Canale3|}images/stories/maison-passive/immeuble-passif-paris-coupe3.jpg{/slimbox}
Cliquez sur une photo pour voir le détail des coupes de murs.

Toiture et soupente
De l’extérieur vers l’intérieur :
Bardage Acier Inox : 0,4cm, conductivité thermique 5,54 W/m.K
Panneau fibres de bois (de type « Steico flex » ou « Homatherm Holzflex 040 ») : 40cm (en 2x200mm), conductivité thermique 0,038 W/m.K
Barrière de vapeur feuille de PVC : 0,5cm, conductivité thermique 0,22 W/m.K
Plâtre : 1cm, conductivité thermique 0,58 W/m.K
Coefficient de transfert thermique U = 0,09W/m².K
Toit en terrasse : Surface en bardage Acier Inox.
2ème toit en terrasse : Surface sans bardage, véritable terrasse pour les habitants.
Toit incliné : Surface en bardage Acier Inox.

Mur extérieur en contact avec l’air libre
De l’extérieur vers l’intérieur :
Bardage  Zinc
Panneau fibres de bois (de type « Steico flex » ou « Homatherm Holzflex 040 ») : 34cm, conductivité thermique 0,038 W/m.K
Barrière de vapeur feuille de PVC : 0,5cm, conductivité thermique 0,22 W/m.K
Plâtre : 1cm, conductivité thermique 0,58 W/m.K
Coefficient de transfert thermique U = 0,13W/m².K

Mur extérieur en contact avec le terrain
De l’extérieur vers l’intérieur :
Feuille Aluminium : 0,4cm, conductivité thermique 5,54 W/m.K
Mousse de résine phénolique : 18 cm (en 2x80mm) de panneau super isolant ( de type « Gonon Hicompact », « Swisspor PUR ») , conductivité thermique 0,022 W/m.K
Mur en béton, 20cm, conductivité thermique 1,48 W/m.K
Barrière de vapeur feuille de PVC : 0,5cm, conductivité thermique 0,22 W/m.K
Plâtre : 1cm, conductivité thermique 0,58 W/m.K
Coefficient de transfert thermique U = 0,13W/m².K

Plancher au dessus des caves
De l’extérieur vers l’intérieur :
Panneau de fibres de bois : 35cm, conductivité thermique 0,036 W/m.K
Plaque de béton : 22cm, conductivité thermique 1,48 W/m.K
Barrière de vapeur feuille de PVC : 0,5cm, conductivité thermique 0,22 W/m.K
Isolation acoustique
Coefficient de transfert thermique U = 0,14W/m².K

Fenêtres
Les fenêtres choisies sont des Internorm Edition en cadre Bois/alu, avec un coefficient de transmission thermique : Uw = 0,74 W/m².K. D'autres fenêtres ont été étudiées : fenêtres Wicona WICLINE 65E cadre alu à rupture de pont thermique et à ouvrant caché (qui font gagner du clair de jour) ou fenêtres BieberTri-plus3CE (triple joints d’étanchéité et cadre bois/alu).

Précisions sur les équipements thermiques

Les capteurs géothermiques sont placés à l’intérieur de 9 pieux de 50 cm de diamètre et de 15 m profondeur, ce qui apporte approximativement 6.7kW (capacité d'absorption calorifique d'un capteur vertical estimé à 50 W/ m linéaire. Les sondes géothermiques doivent fournir la puissance thermique nécessaire à l’immeuble avec une petite marge. D’après les calculs le besoin en chauffage maximal est de 10W/m². La puissance nécessaire pour le chauffage est donc de 3,6kW, pour l’ensemble du bâtiment.

Dans la justification Minergie-P, le besoin en ECS est estimé à 75MJ/m² (SRE) par an, c’est-à-dire 74,2 MJ par jour en moyenne pour tous les logements. Le besoin quotidien en eau chaude pour l’ensemble du bâtiment est estimé à 430L. Un ballon de stockage de l’ECS d’un volume de 500L permet une production semi-accumulée d’ECS. A partir de ces données, et en estimant le temps de production minimal du ballon entier d’ECS à 8h, on peut évaluer la puissance nécessaire pour le chauffage de l’ECS à 3kW. D’après les contraintes géothermiques et les besoins en chaleur, la PAC doit donc pouvoir fournir la puissance maximale de 6,6KW.

pompe-a-chaleur et geothermie sur une maison passive 

La ventilation est à double flux avec récupérateur de chaleur à roue. Le caisson de ventilation envisagé est de type SYSTEMAIR TOPVEX TR03. L’efficacité de l’échangeur à roue pour les débits envisagés(630m3/h) est d'environ 0.83. On remarque que plus le débit diminue, et plus l’efficacité augmente. Dans notre projet, 630 m3/h représente le débit maximal, le rendement thermique de 0.83 est donc le rendement minimal de l’échangeur.

Notes

(1) Plancher collaborant : il est constitué de poutres (métalliques dans le cas présent) sur lesquelles est posé un profilé nervuré en acier  qui sert de coffrage pour couler le béton. Le procédé permet des portées importantes entre poutres.

(2) Béton CCV : Le CCV est un micro-béton (béton très fin) riche en ciment dans lequel sont incorporées des fibres de verre (3 à 6% en poids total du mélange humide). Le micro-béton peut être moulé pour réaliser des parements. La fibre de verre autorise la création de produits minces, donc légers.

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