Un bilan énergétique positif pour la Maison Air et Lumière VELUX MODEL HOME 2020
Présenté fin novembre 2010, le projet du Groupe Velux sur le développement d’un habitat durable autour d’un label Haute Qualité Environnementale a pris fin dernièrement et a ainsi pu établir un retours d’expérience plutôt positif.
Ce projet ‘’Maison Air et Lumière VELUX MODEL HOME 2020’’ a été conçu à travers trois principes : un confort de vie élevé par l’apport de lumière naturelle et d’air frais, neutraliser les émissions de CO2, tendre vers le Zéro Carbone et la nécessité de s’équiper des nouvelles technologies renouvelables.
Les résultats de ce test grandeur nature ont permis d’apporter des pistes de réflexions sur l’habitat de demain et de démontrer que confort de vie et performance énergétique sont parfaitement compatibles.
La particularité du projet était de confronter la conception énergétique de la maison à la vie réelle d’une famille sans compromis sur leur confort. La famille Pastour s’est prêtée au jeu pendant un an….
VELUX mène, depuis 2009, dans cinq pays européens une expérience unique, qui vise à concrétiser sa vision des bâtiments durables de demain. Ce projet met en avant une nouvelle génération d’habitat pouvant être à la fois neutres en émission de CO2, utilisant les énergies renouvelables et agréables à vivre, grâce à l’abondance de lumière naturelle et d’air frais.
C’est au Danemark que les deux premiers bâtiments (Home for Life et Green Lighthouse) ont été inaugurés. Les maisons autrichienne (Sunlighthouse) et allemande (LichtAktiv Haus) ont été construites en 2010, suivies en 2011 des expériences britannique (CarbonLight Homes) et française (Maison Air et Lumière).
Chaque projet est régi par trois grands principes inspirés de la vision Active House : conception énergétique, qualité de vie et impact neutre en CO2. Il doit également tenir compte des spécificités climatiques, culturelles et architecturales des pays concernés par l’expérience.
Dans chaque pays, VELUX a réalisé ses projets en étroite collaboration avec des partenaires, fournisseurs, architectes, ingénieurs et chercheurs nationaux.
Les maisons ont été ouvertes aux visites professionnelles pendant une période de six à douze mois après leur construction. Elles ont ensuite accueilli des familles pendant une année, afin de tester les performances énergétiques et le confort de vie en conditions réelles. Le suivi a été réalisé en collectant et analysant les résultats en continu.
La Maison Air et Lumière a eu pour ambition de pouvoir répondre à une question : « Une maison très performante sur le plan énergétique est-elle confortable à vivre tout au long de l’année ? »
Pour obtenir un retour concret sur l’habitabilité et la perception du confort de vie, la société VELUX a recruté une famille pour venir habiter et tester la Maison Air et Lumière pendant un an.
La famille Pastour a emménagé fin août 2012. Fabrice (35 ans), Samantha (33 ans) et leurs deux enfants Rayan (7 ans) et Ismaël (3 ans) étaient locataires d’un appartement situé en région parisienne. Fabrice est conducteur de bus RATP, et Samantha est chef d’entreprise dans le secteur du e-commerce.
La famille projette de faire construire une maison économe en énergie et l’expérience au sein de la Maison Air et Lumière était une opportunité idéale pour affiner leurs choix et consolider leur projet.
Après un an de vie dans la maison, les objectifs définis lors de la conception et la construction de la maison ont été confrontés, d’une part, aux consommations réelles et au niveau de confort souhaité par la famille d’autre part.
Les résultats de l’expérience ont permis de démontrer que la performance énergétique ne s’est pas faite au détriment du confort de vie des habitants.
Cette expérience a permis d’évaluer la performance énergétique réelle de la maison et en parallèle qualifier concrètement le confort de vie.
Des mesures scientifiques indépendantes
Le bureau d’études CARDONNEL Ingénierie, spécialisé dans les études thermiques, fluides et énergétiques du bâtiment, a été chargé de réaliser le suivi et l’analyse scientifique. Cette démarche a permis d’évaluer la pertinence des concepts mis en place lors de la conception de la Maison Air et Lumière.
Tout au long de l’année, un système de monitoring a suivi et mesuré de manière quantitative l’ensemble des données selon un protocole de mesures.
Suivi quantitatif
1. Energétique
• Chauffage : besoins de chauffage et consommation de la pompe à chaleur
• Besoins en eau chaude sanitaire
• Consommation d’éclairage artificiel
• Consommation des auxiliaires (ventilation mécanique, pompe à chaleur, ...)
• Consommations domestiques : appareils électroménagers, multimédia...
• Production de chaleur des capteurs solaires thermiques
• Production d’électricité des tuiles photovoltaïques
• Energie gratuite captée par la pompe à chaleur sur l’air extérieur
2. Confort de vie
• Confort visuel : suivi en continu de l’éclairement naturel
• Confort thermique : suivi en continu de la température ambiante dans chaque pièce
• Qualité d’air intérieur : suivi en continu du taux de CO2 et de l’hygrométrie
3. Environnement extérieur
• Suivi en temps réel des conditions climatiques : vitesse et direction du vent, température extérieure, rayonnement solaire, éclairement sur chaque façade.
"L'expérience Maison Air et Lumière a permis de montrer que l'on peut arriver, avec un habitat bien isolé et largement vitré, à une bonne performance énergétique et surtout à la réintroduction de la lumière à l'intérieur de l'habitat. Dans cette maison, on va bénéficier des apports de l'énergie naturelle du soleil pour compenser l'intégralité des besoins du chauffage et de l'eau chaude sanitaire" a ainsi pu expliqué Christian Cardonnel – Président de Cardonnel ingénierie.
Par ailleurs, un suivi sociologique au jour le jour a été entrepris. Monique Eleb, Chercheur et Membre du Laboratoire A.C.S. de l'École Nationale Supérieure d'Architecture Paris-Malaquais, a pris en charge le retour sociologique de l'expérience.
Des interviews avec la famille ont été organisées dans la maison après chaque changement de saison. Elles ont permis une évaluation concrète de « l’habitabilité » de la maison et de la perception du confort dans une maison à haute performance énergétique. L’analyse du ressenti de la famille a porté sur de multiples aspects : l’impact de la lumière naturelle, le confort visuel, la qualité de l’air intérieur, le confort thermique, le système de rafraîchissement, les automatismes, les objectifs de consommation énergétique.
Le 1er enjeu étant de concilier performance énergétique du bâti et confort de vie grâce au rôle clé de la lumière naturelle (33 % de la surface habitable soit 2 fois plus que le seuil minimal de la RT 2012) et à l’importance donnée à la qualité de l’air intérieur.
Résultats :
La consommation des postes réglementaires en phase avec les prévisions
Les chiffres clés
Les performances du bâti (33 % de surface de baies) à la hauteur des attentes.
Consommations réelles des 5 postes réglementaires : 36,1 kWh/m2.an, Prévision calcul RT 2012 : 35,1 kWh/m2.an
àSoit un écart de 3% par rapport aux prévisions
Référentiel Cep Max RT2012 – Zone H1a: 60 kWh/m2.an
àSoit – 40% par rapport à l'exigence RT2012
Les consommations domestiques de 33,3 kWh/m2.an ont été maîtrisées, à un niveau nettement inférieur aux projections des maisons à énergie positive pour 2020 (environ 60 kWh/m2.an)
Bilan énergétique positif : consommation/production
L’utilisation des énergies renouvelables est au cœur du dispositif de la maison grâce aux apports gratuits de la lumière naturelle et à l’énergie produite par les capteurs thermiques et photovoltaïques.
L’approche énergétique globale révèle un équilibre des postes réglementaires et des consommations domestiques. La récupération des énergies renouvelables a permis de s’assurer d’un confort durable, tout en garantissant le confort des usagers, pris en compte dès la phase de conception de la maison.
Des conditions d’expérience éloignées de la théorie :
L’hiver 2012-2013 a été particulièrement rigoureux, avec des températures inférieures de -3,9°C par rapport aux moyennes hivernales. Un hiver qui a également été marqué par un très faible ensoleillement : -53% par rapport à la moyenne.
Pour son confort thermique, la famille Pastour a chauffé la maison en moyenne à 21,2°C en hiver (température conventionnelle : 19°C).
Consommations domestiques : 33,3 kWh/m2.an Ce résultat a été obtenu à partir d’équipements électroménagers économes en énergie (classes A, A+, A+++) mais sans contrainte spécifique au niveau des usages et du mode de vie ; ce qui induit une réflexion sur le niveau de consommation domestique à prendre en compte pour les futurs référentiels des maisons à énergie positive.
« L’information précise influe sur les pratiques quotidiennes. L’équilibre atteint entre confort et maîtrise de l’énergie les satisfait, avec le plaisir inattendu lié à ce jeu de maîtrise. » a expliqué Monique Eleb.
La famille n’a ressenti aucune contrainte à voir ses consommations suivies en permanence et assure ne pas avoir sacrifié son confort de vie aux données chiffrées. « Je ne me suis pas restreinte sur l’eau chaude par exemple ou sur le chauffage. Pour moi, j’étais bien dans la maison en moyenne à 21°C. Mon fils Rayan par contre souhaitait avoir 18°C dans sa chambre » dit Samantha.
Seul bémol pour la famille : le déclenchement automatique de l’éclairage artificiel dans les couloirs pour économiser l’énergie. « Parfois la nuit, j’aurai souhaité que cette lumière ne s’allume pas »
Le 2ème enjeu étant de démontrer le rôle clé de la lumière naturelle (33 % de la surface habitable) sur le bien-être des habitants et sur les économies d’énergie.
Résultats :
Deux fois moins d’éclairage artificiel que prévu.
L’optimisation de la lumière naturelle de la maison a eu un impact direct sur les consommations d’électricité pour l’éclairage : consommation réelle de 1,7 KWh/m2.an contre 3,5 KWh/m2.an prévus par le calcul réglementaire.
Plus d’autonomie lumineuse en hiver :
La lumière naturelle a couvert 43 % des besoins d’éclairage de la maison par rapport à 22 % dans la même maison virtuelle moins vitrée*.
• En hiver, les calculs montrent que la maison a bénéficié de plus de 50 min d’éclairage naturel supplémentaire par jour*.
L’optimisation de la lumière naturelle et son homogénéité partout dans la maison ont joué un rôle primordial dans le confort de vie de la famille Pastour. Partie intégrante de la conception architecturale, la lumière naturelle modifie l’espace et sa perception, la maison paraît plus grande. La lumière naturelle impacte également le bien-être des habitants, qui ont ressenti un effet bénéfique immédiat sur le moral.
« Les habitants de la maison ont découvert toutes les qualités de la lumière, s’y sont habitués et ces sensations agréables sont peu à peu devenues de véritables besoins. Peut-être cette luminosité a-t-elle fait émerger un besoin latent qui a trouvé à s’exprimer par cette plongée dans la lumière. La lumière a aussi eu un impact sur la santé de Samantha, ses migraines ont cessé. Elle nous parle beaucoup de confort visuel amélioré ». Monique Eleb
Pour la Famille Pastour : « Fini le petit coup de blues en automne, c’est l’effet luminothérapie de la maison. »
« Je suis tellement habituée à la lumière naturelle, que deux heures sous les néons me stressent. » « Beaucoup de lumière naturelle, c’est devenu un standard pour notre future maison. Quand on va dans une autre maison, il manque quelque chose.» « En hiver nous allumons la lumière, une heure plus tard que nos voisins ».
3ème enjeu étant de démontrer qu’une maison peut rester fraîche en été avec une importante surface vitrée grâce au rafraîchissement naturel passif (effet cheminée entre fenêtres verticales et de toit) et à l'utilisation dynamique des protections solaires extérieures en journée.
Résultats :
L’exploitation judicieuse de la gestion automatisée des ouvertures et des protections solaires a directement contribué au confort thermique, en particulier en été.
- Confort thermique constant tout au long de l’année
- Confort d’été maîtrisé dans toutes les pièces
On constate que plus de 90 % du temps, la maison s'est située dans les meilleures classes de confort thermique (selon la norme EN 15251)
- Confort d’été pendant la journée la plus chaude de juillet 2013
Les habitants de la maison expriment dans leurs témoignages l’importance d’un confort thermique équilibré en toutes saisons sur leur bien-être corporel. L’isolation et le système de la maison ont régulé les températures, évitant les grandes différences entre l’été et l’hiver.
« Cette maison procure une sorte de confort corporel que Samantha attribue au fait qu’elle soit tempérée : elle les protège des grands froids et des grandes chaleurs. » Monique Eleb
Pour la famille Pastour : « Les différentes saisons ne se ressentent pas dans la maison, la maison est fraîche tout en restant baignée de lumière. » « En été, on est plongé, dans la lumière sans avoir chaud dans la maison. » « La fenêtre de toit dans l’entrée qui permet d’aspirer l’air chaud, c’est vraiment pas mal. » « La gestion de la température pièce par pièce a permis de s’adapter aux besoins de chacun, par exemple Rayan préférait que la température de sa chambre soit de 18°C pour bien dormir la nuit. » « Le seul bémol, le bruit de l'ouverture des fenêtres la nuit pour rafraîchir était gênant. Nous avons testé dernièrement l'ouverture motorisée des nouvelles fenêtres VELUX et on entend pratiquement plus le bruit du moteur. »
Le centre « Énergie et Procédés » de l’Ecole des Mines de Paris est venu effectuer une campagne de mesures pendant le mois d’août 2012, avant l’arrivée de la famille, pour mesurer l’impact du rafraîchissement passif par tirage thermique naturel.
" La ventilation naturelle a permis sur une semaine représentative, de rafraîchir d’environ 5°C en moyenne, les différentes pièces de la maison. On espère prochainement diffuser ces calculs auprès des professionnels qui utilisent nos logiciels (Pléiade + Comfie), de manière à permettre aux concepteurs d'appliquer ces techniques de ventilation naturelle pour le confort d'été" Bruno Peuportier Maître de recherche Ecole des Mines de Paris - MINES ParisTech
Ensuite, un autre enjeu étant de concilier qualité de l’air et performance énergétique :
• en utilisant des matériaux à faibles émissions de polluants classés A+ et des procédés actifs, tels que la technologie Activ Air ® des plaques de plâtre.
• en exploitant un système de ventilation hybride performant, mécanique double flux et naturelle, en fonction des saisons.
Résultats :
La qualité de l’air de la maison a été régulée de façon satisfaisante en fonction des taux de CO2 et d’hygrométrie dans chacune des pièces. Une concentration de CO2 trop élevée a des effets directs sur la santé : fatigue, baisse d’attention et d’efficacité intellectuelle. Une hygrométrie trop élevée, source de moisissures, peut également entraîner des réactions allergiques et respiratoires.
- Air intérieur de qualité toute l’année :
La meilleure catégorie (<900 ppm) prédomine dans toutes les pièces, à l'exception de la chambre du rez-de- chaussée moins bien ventilée.
- Hygrométrie satisfaisante tout au long de l’année :
Hygrométrie relative du salon située dans la zone de confort optimale selon ASHRAE* (entre 30 et 60%)
Les habitants ont témoigné d’un confort de vie devenu essentiel en évoluant dans cette « maison qui respire ». La qualité de l’air intérieur s’est traduite en une amélioration de la santé des habitants, qui ont constaté la disparition des crises d'asthme de leur fils ainé.
« La maîtrise de la ventilation et le fait que la maison se révèle si saine sont perçus de manière positive. La qualité de l’air a eu un effet durable sur la santé de Rayan.»
Monique Eleb
Pour la famille Pastour : « L’air qui se renouvelle c’est définitivement à mettre en place, ne plus penser à aérer tout le temps et l’air est vraiment sain. La santé de Rayan s’est améliorée, on aurait jamais cru qu’il était asthmatique. L'aspiration centralisée, c’est vraiment très bien. Depuis que nous avons emménagé, nous n’avons pas du tout épousseté les télévisions ou les meubles par exemple, et il n’y a pas de poussière dessus. »
