Construire des logements collectifs neufs chauffés à l’électricité

Par Emmanuel DE BOURMONT - Responsable Marché Habitat Neuf chez EDF

De 2008 à 2018, la part de marché du chauffage d’origine électrique (Pompe à Chaleur (PAC) et Effet Joule) dans les logements collectifs a fortement baissé. Elle est passée de 70% à 15%. Ce basculement a été induit par la réglementation thermique RT 2012 qui a imposé une limitation de consommation en énergie primaire très exigeante. Doté d’un facteur de conversion en énergie finale de 2,58 (coefficient égal à 1 pour les autres énergies), cela s’est traduit par une division par 3,5 par rapport à la RT 2005, du seuil réglementaire de consommation en énergie finale pour l’Electricité, alors que ce coefficient n’est que de 1,9 pour le Gaz.

Figure 1 : Evolution de la répartition des énergies pour le chauffage - (source BatiEtude)

Pour autant, ces solutions offrent des avantages indéniables de confort, d’économies et de faibles émissions de gaz à effet de serre. A l’heure où l’on cherche à contraindre ces émissions, néfastes pour le réchauffement climatique, il paraît temps de se pencher à nouveau sur ces solutions. D’autant que les industriels ne sont pas restés inactifs et ont développé, depuis l’application de la RT2012, des innovations qui leur permettent d’être compétitives.

Logements collectifs avec solution de pompes à chaleur

En effet, cette limitation du seuil réglementaire de consommation n’est pas un plafond de verre. Les systèmes innovants de chauffage et de production d’eau chaude sanitaire (ECS) fonctionnant à l’électricité, associés à une enveloppe de bâti performante, permettent aujourd’hui le respect des contraintes réglementaires tout en garantissant un haut niveau de confort, de performance et de compétitivité pour des bâtiments vertueux sur le plan environnemental. De nombreuses opérations en résidentiel collectif neuf « tout électrique » ont d’ores et déjà été réalisées sous la RT 2012. Il s’agit dorénavant de les multiplier pour respecter les engagements du Plan Climat et viser la neutralité carbone à 2050.

Réalisation Hikari consommant entre 50 % de moins que la RT 2012

L’offre d’équipements électriques permettant de satisfaire aux usages Chauffage et/ou production d’Eau Chaude Sanitaire est très performante et large comme décrite par après, elle s’enrichit continuellement de solutions innovantes.
Le choix d’un système est fonction des contraintes du Maître d’Ouvrage, de la localisation et de l’architecture du bâtiment en tenant compte du facteur économique et des attentes des futurs propriétaires ou résidents.

Une RT 2012 défavorable au chauffage électrique

Après une RT2012 particulièrement défavorable aux solutions électriques et quelques années d’apprentissage, celles-ci ont évoluées et apparaissent de plus en plus compatibles avec la RT2012 mais surtout en adéquation avec les enjeux sociétaux autour du carbone. Ces solutions permettent, dès aujourd’hui, de construire des bâtiments qui émettront 70% de gaz à effet de serre en moins dans leur utilisation quotidienne. C’est donc assurément faire un geste pour préserver nos intérêts climatiques.

Ces 6 ans de RT2012 ont permis à de nouvelles solutions électriques d’émerger pour permettre aux maîtres d’ouvrage de revenir à cette énergie. Si elle peut nécessiter une architecture dédiée, pour le chauffage électrique, elle offre des avantages certains sur le chantier et pour le client dans la durée (pas de double abonnement, solution de chauffage individuelle qui ne nécessite pas de coût d’entretien, pilotable pièce par pièce à distance …)

Enfin, cette énergie n’est pas soumise à la Contribution Climat Energie laquelle est destinée à augmenter dans les prochaines années (7€ par tonne de CO2 émise en 2014, 44€ en 2018, il est prévu qu’elle atteigne 86€ en 2022) se traduisant par une augmentation du prix du gaz de l’ordre de 25 % entre 2017 et 2022 (hors évolution du prix du gaz lui-même).
EDF accompagne les Promoteurs et Bailleurs Sociaux soucieux de diminuer leur empreinte carbone dès aujourd’hui et d’apporter des solutions économiques et confortables à leurs clients, en phase avec les enjeux économiques et sociétaux.

→ Lire la parole d’expert :
Bien comprendre la Contribution Climat Energie et ses conséquences sur les prix des énergies fossiles

Une RE 2020 qui pourrait favoriser l'électricité bas carbone

L’expérimentation Energie-Carbone E+C- vise à préfigurer la prochaine réglementation environnementale RE 2020 imminente puisqu’elle verra le jour en 2020. Le bâtiment neuf sera contraint à respecter sobriété énergétique, efficacité énergétique ainsi que production d’énergie (E+) mais également une dimension carbone à faible impact.
Or l’énergie électrique est en France à majorité décarbonée du fait du parc nucléaires auquel s’ajoutent les productions n’énergie renouvelables telles que l’hydraulique, le solaire  et l’éolien. C’est une énergie propice aux dimensions E+C- et donc aux prochains projets de conception de logements comme de bureaux et autres constructions neuves qui seront contraints par la RE 2020 à venir.

Les concepteurs maîtres d’ouvrage et maîtres d’œuvre d’aujourd’hui ont une vision à long terme du bâtiment de sa conception jusqu’à son recyclage et les années d’exploitation comptent tant sur le plan énergétique que sur le plan de l’impact carbone.  
De plus, la production d’énergie dite E+ devrait s’effectuer pour les bâtiments BEPOS le plus souvent via des solutions électriques de panneaux photovoltaïques. Ainsi, l’énergie électrique qu’elle soit consommée, gérée, connectée, produite, autoconsommée voire stockée (ballon d’eau chaude ou batteries électriques du bâtiment  du ou véhicule électrique) est de fait une énergie d’avenir qu’il convient d’intégrer dès à présent pour que le bâtiment qui naîtra dans un ou deux ans soit viable et durable !

Solution performante chauffage avec une pompe à chaleur avec assistance solaire thermique  - source Xpair

Solutions de chauffage électrique pour logements collectifs

Emetteurs Smart Joule pour logements collectifs

Solution de plus en plus performante, elle est très compétitive financièrement en logement collectif neuf. Elle présente de nombreux avantages, coûts d’investissement limités, confort thermique et contrôle de la température pièce par pièce, maximisation des économies d’énergie (vs un émetteur électrique sans régulation), programmation et automatisation des réglages, suivi des consommations, pilotage à distance si version connectée et aucune maintenance à prévoir. En complément du confort thermique qui lui est associé, le Smart Joule permet des économies d’énergie grâce à un thermostat performant, et à plusieurs fonctions intelligentes comme la détection d’ouverture et/ou fermeture de fenêtres, la détection d’occupation du logement, l’indication des consommations d’énergie, la programmation temporelle, l’auto-apprentissage permettant l’optimisation de la gestion du chauffage, etc. Les gains pour un logement équipé d’un écosystème Smart Joule (émetteurs de chauffage connectés avec fonctions avancées) sont estimés autour de 16% par rapport à d’anciens convecteurs (source ADEME). Ce type de chauffage s’accompagnera d’un Bbio du bâtiment performant. Le Bbio, c’est l’ADN du logement. Il atteste de la bonne orientation des ouvrants, d’une bonne perméabilité à l’air et d’une bonne isolation thermique. Méconnu de la RT2012, il garantit pourtant la qualité et la performance thermique de la construction. Enfin, contrairement à certaines appréhensions, le Bbio est un critère qui se valorise auprès des clients.

Pompe à Chaleur (PAC) air/air mono ou multi split – solution pour logements collectifs

Emblématiques de la notion d’énergie renouvelable, les pompes à chaleur récupèrent les calories d’un milieu extérieur (sol, eau, air) pour fournir de la chaleur et/ou du froid au milieu ambiant. La PAC air/air mono ou multi split est composée d’une unité extérieure pouvant être installée en toiture-terrasse, au sol ou sur balcon et d’une unité intérieure. Elle récupère les calories présentes dans l’air extérieur et les diffuse dans l’air ambiant du logement. Différents types d’émetteurs peuvent lui être associés tels qu’une unité intérieure murale, une console au sol ou une unité gainable en faux-plafond avec distribution d’air par un plénum. La directive européenne EcoDesign qui autorise la mise sur le marché des PAC, impose aux équipements de respecter un coefficient de performance saisonnier minimal (SCOP). Pour les PAC air/air adaptées au résidentiel, et de fait de puissance optimisée, le SCOP minimal est de 3,42 si le Pouvoir de Réchauffement Planétaire (PRP) du fluide frigorigène qu’elles utilisent, est inférieur à 150 (il est de 3,8 si le PRP est supérieur à 150). Le SCOP est calculé à partir de 5 à 7 points d’essais certifiés et pour une météo de référence correspondant à un climat rigoureux, celui de Strasbourg. Le SCOP étant assimilable à un rendement, les machines thermodynamiques restituent de fait entre 3 et 5 fois plus d’énergie qu’elles n’en consomment, un avantage très intéressant pour la facture énergétique des utilisateurs et ce, quel que soit le climat du lieu de construction.

Pompe à chaleur PAC air/eau collective pour logements collectifs

Moyenne ou haute température, la PAC dédiée uniquement au chauffage (il existe des PAC air/eau collectives assurant chauffage et production d’ECS) sera dimensionnée au plus juste et fonctionnera au niveau de température adéquat pour de meilleures performances. Elle récupère les calories sur l’air extérieur mais contrairement à la PAC air/air, elle les diffuse dans une boucle d’eau. Elle peut être associée à un plancher chauffant, des radiateurs à eau ou encore des ventilo-convecteurs. Tout comme les PAC air/air, la directive EcoDesign fixe un SCOP minimal pour les PAC air/eau en fonction de leur niveau de température. Ainsi les PAC dites basse température (départ d’eau < 35°C) doivent respecter un SCOP minimal de 3,2 et celles fonctionnant à moyenne ou haute température, un SCOP minimal de 2,825. Ces exigences sont valables pour les produits de puissance inférieure à 400kW.

Combinaisons performantes d’équipements pour le chauffage des logements en collectif

PAC air/air monosplit et émetteurs Joule

Il peut être intéressant de combiner des appareils de chauffage électrique pour des raisons d’usages, de confort ou de coût d’investissement. Une combinaison performante peut être constituée d’une pompe à chaleur individuelle de type monosplit pour les pièces à vivre, de panneaux rayonnants électriques pour les autres pièces et d’un sèche-serviette pour la salle de bain. Les résidents profitent ainsi des avantages d’un système thermodynamique pour le chauffage, voire pour le rafraichissement de leur logement, et de la souplesse des appareils Joule pour les chambres à occupation nocturne. Concernant les PAC, la présence de l’unité extérieure nécessite l’existence d’espaces au sol, d’un balcon ou d’une terrasse ou encore d’un toit terrasse.

Pompe à chaleur air/air monosplit centralisée sur plénum et émetteurs Joule

La pompe à chaleur est associée à un radiateur électrique pour la cuisine et à un sèche-serviettes pour la salle de bain. Elle reprend le principe du monosplit, mais l’unité intérieure, plus puissante, propulse l’air dans un faux-plafond créé dans l’entrée et le couloir et faisant office de plénum de distribution d’air. L’air est ensuite diffusé par des grilles de soufflage réglables dans le séjour et dans les chambres permettant de gérer le confort pièce par pièce. Les mêmes contraintes d’intégration de l’unité extérieure sont à prendre en compte.

PAC air/air monosplit centralisé sur plénum

Solutions de production d’Eau Chaude Sanitaire pour logements collectifs

Chauffe-Eau Thermodynamique (CET) individuel

Le CET sur air extrait ou sur air extérieur convient parfaitement au segment de la construction neuve. Sur air extrait, les calories sont prélevées sur la ventilation du logement. Sur air extérieur, elles sont prélevées par une unité extérieure installée au sol,  en toiture terrasse ou sur balcon, mais il existe également des systèmes monoblocs qui puisent les calories extérieures à travers un conduit individuel type ventouse ou collectif vertical type 3CE, pour éviter la pose des unités extérieures.

Chauffe-eau thermodynamique collectif adapté aux logements collectifs

Chauffe-eau thermodynamique pour logement collectif  - source Charot

Le chauffe-eau thermodynamique collectif est en fait une PAC air/eau dédiée à la production d’ECS, installée en local technique en pied d’immeuble ou en toiture terrasse, l’eau chaude produite étant distribuée à l’ensemble des logements. Il existe sur le marché des produits innovants tant sur le plan des caractéristiques techniques (compresseurs innovants, fluides frigorigènes au pouvoir de réchauffement planétaire très faible comme le CO2 ou le propane) que des performances (coefficient de performance (COP) supérieur à 3,5). Ils permettent d’atteindre des niveaux de température requis pour la production d’ECS.

Pompe à chaleur PAC aérosolaire centralisée – solution pour logements collectifs

Des panneaux solaires thermiques installés en toiture et contenant de l’eau glycolée, captent les calories apportées par le flux solaire et par l’air ambiant. L’eau glycolée chargée en calories, est envoyée vers une PAC afin de produire l’eau chaude sanitaire. L’ensemble dit pompe à chaleur PAC aérosolaire centralisée permet de produire en continu, jour et nuit, de grandes quantités d’ECS qui sont stockées dans des ballons. Ce système nécessite un local technique. Ce système présente un COP variant entre 2,5 et 3 (valeur mesurée sur site).

Schéma de fonctionnement d'une PAC aérosolaire et capteurs (exemple système Héliopac ou Giordano)

Quelques recommandations en chauffage électrique pour les logements collectifs

Quels niveaux d’enveloppe selon les équipements choisis ?

La RT 2012 fixe un seuil maximal de consommation d’énergie primaire par m² pour chaque projet de construction.
Réduire les besoins de chauffage grâce à un bâti performant est un objectif en soi, et permet par ailleurs d’intégrer les solutions énergétiques citées ci-dessus. Selon la zone géographique (influence du climat), certains modes constructifs seront plus en adéquation avec la solution proposée.
En tout état de cause, préserver la qualité thermique du bâti est un acte de conception fort car le bâti ainsi isolé voire très bien isolé thermiquement est une garantie de sobriété énergétique quel que soit la solution technique qu’elle change ou pas.

Pour réaliser les Etudes Thermiques du projet

Il est nécessaire de saisir finement les caractéristiques des équipements dans les logiciels réglementaires permettant la réalisation des études thermique. EDF et certains industriels ont créé des fiches d’aide afin de faciliter la saisie de leurs systèmes par les Bureaux d’Etudes Thermiques et donc de favoriser l’intégration de ces systèmes dans les projets de construction neuve.

La qualité optimisée pour les logements collectifs

Les assemblages de référence correspondent à des combinaisons bâti et équipements électriques optimisées, tant sur les aspects « performanciels » et financiers (coûts d’investissement et coût d’exploitation) que sur les aspects confort et qualité d’usage. Ces solutions de référence s’adaptent aux chauffage de logement collectifs neufs.

Si pour les solutions thermodynamiques, un bâti « Standard » est suffisant quelle que soit la zone climatique pour que le projet respecte la RT 2012, l’installation d’un chauffage par émetteurs électriques nécessite une isolation correspondant à un bâti « Très Performant » en zone climatique froide (H1a) et un bâti « Performant » en zone H3 pour laquelle le climat est plus doux.
L’atteinte d’un bon niveau de performance pour l’enveloppe du bâtiment suppose des Promoteurs suffisamment volontaires et vigilants dès la conception du bâtiment pour obtenir un bon Bbio et lors du chantier notamment pour atteindre une perméabilité de 0,8, ou inférieure, niveaux facilement atteignables.
Pour exemple, ci-dessous trois niveaux accessibles de performance du bâti peuvent être définis, 1-Standard, 2-Performant, 3-Très Performant

Caractéristiques des bâtis 1-Standard, 2-Performant, 3-Très Performant

Logements collectifs et faibles émissions CO2 en exploitation

Du fait d’une consommation d’énergie finale et de facteurs d’émission de l’électricité plus faibles, les émissions en exploitation sont de l’ordre de 3 à 4 kg CO2/m².an soit entre 3 et 4 fois moins qu’un logement neuf au gaz.

En effet, selon la base carbone de l’ADEME, qui parle d’émission de gaz à effet de serre par kWh d’énergie finale, le chauffage électrique émet 147g de CO2/kWh d’énergie finale. Pour comparer cette émission à celle du gaz, dans le cadre de la RT2012, il convient donc de la convertir en énergie primaire. Soit 1 kWh d’énergie finale = 2,58 kWh d’énergie primaire = 147 grammes de CO2. Donc, 1 kWh d’énergie primaire = 147/2,58, soit 57g de CO2. Alors que 1 kWh d’énergie finale de gaz = 1 kWh d’énergie primaire = 205 grammes de CO2, soit 3,6 fois plus.

Par ailleurs, nous savons que les émissions de gaz à effet de serre de l’électricité varient selon les usages. Si nous transposons cet exercice pour l’ECS électrique, nous obtenons le résultat suivant. 1 kWh d’énergie finale = 2,58 kWh d’énergie primaire = 54 grammes de CO2 pour l’ECS. Donc, 1 kWh d’énergie primaire = 54/2,58, soit 21g de CO2. Les émissions du kWh de gaz ne variant pas selon les usages, elles sont donc environ 10 fois supérieures à celles de l’électricité.

A l’heure où nous évoquons la nécessité de diminuer l’empreinte carbone du bâtiment, il apparaît donc utile, sinon nécessaire, de concevoir sans attendre des bâtiments ayant recours à l’énergie électrique pour l’ensemble des usages. Ceci d’autant que cette énergie a vocation à développer sa mixité à court terme, avec une production locale par photovoltaïque en toiture par exemple, permettant de développer l’autoconsommation pour les clients, et donc de diminuer leurs factures d’énergie dans la durée.

Programme immobilier bas carbone « Rives de Loire »

Tours (37), Zone climatique H2b, 20 logements sur 2 à 5 niveaux, 1275m²ShonRT. Niveau Carbone 1 du Référentiel E+C-, bâtiments à énergie positive et faible empreinte carbone.

Programme immobilier bas carbone « Sur le chemin de l’école »

Montbrison (42), Zone climatique H1c, 41 logements sur 4 niveaux, 3812m²ShonRT. Niveau Carbone 2 du Référentiel E+C-, bâtiments à énergie positive et faible empreinte carbone

Fiche programme d'un logement collectif électrique bas carbone

Réalisation bas carbone - Résidence Linéa avec Bouygues Immobilier

Tours (37) Zone H2b, 26 logements, 3 niveaux, 1 468 m² SHON RT.
→ Une solution de chauffage 100% électrique, par panneaux rayonnants, réduisant nettement l'empreinte carbone
→ Une production d’eau chaude par ballon solaire
→ + 50% de gain de performance thermique par rapport à la RT 2012

Téléchargez la fiche complète de la référence bas carbone

Consultez le dossier de savoir-faire d'EDF

Par Emmanuel DE BOURMONT - Responsable Marché Habitat Neuf chez EDF

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