Une maison à chauffage solaire passif n’a pas besoin de panneaux solaires pour la chauffer ou la refroidir. Au contraire, l’énergie utilisée pour chauffer et refroidir une maison provient directement du soleil à travers les lucarnes et les fenêtres. Une partie de cette énergie est ensuite stockée dans les murs et les sols du bâtiment pour être utilisée la nuit et pendant les mois plus frais.
Avec une bonne isolation et une bonne ventilation, des matériaux appropriés et une conception et un emplacement réfléchis de la maison, il est possible de réduire les coûts de chauffage et de climatisation partiellement ou, dans certains cas, complètement. Associé à une pompe à chaleur à air alimentée par l’électricité solaire, le solaire passif peut aider les propriétaires à atteindre un niveau de chauffage et de refroidissement net zéro.
Article connexe : Comment optimiser votre systéme de chauffage et de refroidissement tout en minimisant les coûts ?
Comment fonctionne le chauffage solaire passif
L’une des principales vertus d’une maison à chauffage solaire passif est son caractère passif. Une fois que les éléments d’un système de chauffage solaire passif sont créés, la maison se chauffe toute seule, sans bruit et avec peu d’intervention humaine. Voici quelques considérations importantes.
Efficacité énergétique
La forme d’énergie la moins chère est celle que vous n’utilisez jamais. La première étape de la conception d’une maison pour le solaire passif est d’investir dans l’efficacité énergétique.
Les clés du maintien d’une maison solaire passive sont des portes et des fenêtres bien étanches, des fenêtres à double ou triple vitrage, des appareils et des chauffe-eau très efficaces, et une excellente isolation. En soi, une maison bien isolée peut permettre d’économiser jusqu’à 20 % des coûts de chauffage et de refroidissement d’une maison. Une maison hermétiquement fermée est aussi une maison plus propre, plus résistante aux polluants atmosphériques et sonores, aux parasites, aux virus et aux bactéries.
Bon emplacement, bonnes fenêtres
Dans l’hémisphère nord, les fenêtres orientées au sud bénéficient d’une exposition maximale au soleil lorsqu’elles ne sont pas obstruées par des arbres, des immeubles à étages ou d’autres bâtiments. (Pour le chauffage, six heures d’ensoleillement direct en milieu de journée sont recommandées. Pour le refroidissement pendant les mois les plus chauds, les stores, auvents ou autres couvertures permettent de garder la maison fraîche.
Dans les climats plus froids, où l’exposition sud au soleil est plus limitée, le verre incliné plutôt que vertical (comme dans les puits de lumière sur un toit en pente) s’avère plus efficace. Même dans les climats côtiers, le rayonnement solaire diffus créé par une couverture nuageuse régulière peut fournir des niveaux importants de chaleur que des fenêtres bien inclinées peuvent capter.
Les fenêtres à triple vitrage sont de plus en plus courantes, notamment dans les nouvelles constructions. L’espace entre les couches de vitrage est souvent rempli de gaz inertes et inoffensifs qui minimisent les pertes de chaleur.
Les fenêtres spécialement traitées peuvent également augmenter la température des fenêtres jusqu’à 15 degrés F par temps froid, ce qui réduit encore les coûts de chauffage. Bien entendu, il est également utile de garder les fenêtres et les puits de lumière propres.
Bonne circulation de l’air
Il n’est pas nécessaire de comprendre la deuxième loi de la thermodynamique pour savoir que la chaleur circule du chaud vers le froid. De même que les ouragans et les cyclones s’éloignent de l’équateur pour se diriger vers les pôles, l’air chaud circule dans la maison vers les zones plus froides.
Les maisons véritablement passives laissent simplement l’entropie suivre son cours, sans utiliser de dispositifs mécaniques ou électriques pour faire circuler l’air. D’autres maisons conçues avec un système de chauffage et de refroidissement solaire passif peuvent utiliser des ventilateurs, des conduits et des souffleurs. Les « ponts thermiques », tels que les murs faits de matériaux de construction hautement conducteurs, permettent également à la chaleur de passer d’une pièce à l’autre.
La circulation de l’air permet également de faire entrer de l’air frais filtré de l’extérieur avec une perte (ou un gain) de chaleur minimale. Une bonne circulation de l’air est également importante pour réduire la condensation et préserver la maison de la moisissure.
Stockage de la chaleur
Connus sous le nom de masse thermique, les matériaux utilisés pour construire la maison (tels que les dalles de béton, les murs en briques, les sols carrelés et les cloisons sèches, mais aussi le mobilier de la maison) absorbent la chaleur du soleil et la restituent dans la maison la nuit ou pendant les mois froids. Pendant les mois plus chauds, la masse thermique absorbe et stocke la chaleur de l’intérieur de la maison lorsque le refroidissement est nécessaire. Les sols ou les murs de couleur foncée absorbent plus de chaleur que les couleurs claires.
La masse thermique est ce qui stabilise les températures à l’intérieur d’une maison. Contrairement aux maisons qui consomment une quantité importante de combustible pour faire passer la température d’une pièce de 63 à 69 degrés F un matin froid, les pièces d’une maison solaire passive ont des fluctuations de température plus faibles. Il est bien sûr beaucoup plus efficace sur le plan énergétique d’élever ou d’abaisser la température d’une pièce d’un degré que de six degrés, de sorte que le maintien d’une maison dans une plage de température stable consomme beaucoup moins d’énergie.
Contrôles de température
La température à l’intérieur des maisons à chauffage solaire passif dépend autant de la température extérieure que de la quantité de rayonnement solaire entrant. Un jour d’hiver ensoleillé peut être plus chaud à l’intérieur qu’un jour nuageux à la fin du printemps. De même, une journée ensoleillée au début du printemps peut être plus chaude à l’intérieur qu’une journée nuageuse au milieu de l’été.
Les contrôles thermiques permettent de modérer ces différences : Un évent à persiennes sur un toit peut dissiper l’excès de chaleur, tandis qu’une pergola ou un auvent au-dessus des fenêtres exposées au sud peut fournir une ombre saisonnière. De même, de grands arbustes utilisés comme haie d’intimité peuvent bloquer les vents d’hiver. Grâce à une planification intelligente, la plupart de ces contrôles s’autorégulent et nécessitent peu d’intervention humaine.
Limites du chauffage solaire passif
Bien que le chauffage et la climatisation solaires passifs fonctionnent mieux dans certains endroits que d’autres, leur efficacité et leur simplicité signifient qu’ils fonctionnent dans plus d’endroits que prévu. Pourtant, il y a des limites.
Chaleur soutenue, non immédiate
Les maisons solaires passives fonctionnent en maintenant un espace de vie confortable, et non en fournissant une chaleur instantanée à la demande. Si les maisons bien conçues situées dans des endroits privilégiés peuvent parfois compter uniquement sur le chauffage solaire passif, la plupart des systèmes solaires passifs servent de chauffage de base, tandis que les systèmes mécaniques (pompes à chaleur, chauffage électrique, poêles à bois, etc.) sont utilisés pour fournir de la chaleur à la demande.
Emplacement, Emplacement, Emplacement
Comme pour tout ce qui concerne l’immobilier, l’emplacement est important. Alors que le chauffage d’une maison en hiver dans les latitudes nord peut nécessiter un chauffage supplémentaire, la climatisation d’une maison en été dans les latitudes sud peut nécessiter une climatisation supplémentaire. La conception du bâtiment doit s’adapter au climat.
Dans les latitudes nord, cependant, les maisons ont tendance à avoir des toits en pente, ce qui augmente leur exposition au rayonnement solaire provenant des parties supérieures du skydome. Un toit en forme de V inversé peut capter plus d’heures de lumière solaire directe qu’un toit plat.
Coûts initiaux et temps de retour sur investissement
La construction ou la modernisation d’un bâtiment peut être coûteuse, mais pas autant qu’on pourrait le penser. La construction d’une nouvelle maison solaire passive ne représente que 3 à 5 % du coût de construction. Aux Etats-Unis, 1,4 million de nouvelles maisons sont construites chaque année, il y a donc toujours un grand marché potentiel pour le chauffage et la climatisation solaires passifs.
Étant donné que la plupart des avantages d’une maison chauffée au solaire passif résident dans la conception et la construction du bâtiment, il est plus difficile (et plus coûteux) d’adapter une maison au solaire passif que de partir de zéro.
Le retour sur investissement provient de la réduction des factures de chauffage et de climatisation, en fonction du degré d’exposition au soleil du bâtiment et du prix souvent variable du chauffage et de la climatisation. Dans un climat nordique, avec un bâtiment rénové qui a réduit sa consommation d’énergie de 45 %, le retour sur investissement n’était que de 7,7 ans. Dans un climat plus tempéré, le délai de récupération était de 13 ans.
Dans les deux cas, les avantages à long terme l’emportent sur les coûts.
Perspectives de la technologie solaire passive
La technologie utilisée pour le chauffage solaire passif ne cesse de s’améliorer. Grâce aux nouveaux matériaux et procédés de vitrage, à une isolation plus efficace et à des outils numériques permettant de mesurer le rayonnement solaire, les performances des fenêtres et la consommation d’énergie, il est plus facile de planifier et de concevoir un système de chauffage solaire passif efficace. Il est de plus en plus facile d’atteindre une maison à consommation zéro.
