Blogue vie hors-réseau partie 6 : modélisation énergétique et performance réelle

Ceci est le sixième article d'une série de blogues rédigée par Craig Anderson, qui documente la conception et la construction d'une maison hors-réseau, chauffée passivement et certifiée LEED Or. Voir le premier article du blogue sur les maisons hors-réseau ici, l'aperçu. ou le deuxième article sur les choix de conception et de construction ici. ou ici pour le troisième article sur la production d'électricité hors-réseau et ici pour le quatrième article sur les systèmes de chauffage hors-réseau et pour la cinquième partie, tout sur les appareils, la mécanique et autres systèmes d'une maison hors-réseau, voir ici.

Au départ, nous n'avions pas prévu de faire de modélisation énergétique formelle pour notre maison. Cela n'est arrivé qu'en raison de notre décision relativement tardive de viser la certification LEED. Une des exigences du processus LEED est de faire une évaluation de l'efficacité énergétique d'une maison, ce qui inclut une description assez complète de la taille, de l'orientation, de l'isolation, des appareils électriques, etc. du bâtiment.

En utilisant toutes ces informations disparates et en appliquant certaines hypothèses standard sur la façon dont une famille typique utilise une maison (par exemple, quantité de douches chaudes, température du thermostat, etc.), les modélisateurs énergétiques sont en mesure d'établir des estimations de la consommation d'énergie totale d'une maison.

Vous trouverez ci-dessous notre « Certificat d'évaluation énergétique de la maison », qui montre les estimations globales, y compris les principaux détails sur la maison, les systèmes et la consommation d'énergie prévue. Pour résumer une maison à un seul chiffre, de nombreux experts en efficacité utilisent la cote HERS. Il s'agit d'une évaluation de la quantité d'énergie que la maison modélisée consomme par rapport à une maison qui respecte tout juste le Code international de conservation de l'énergie de 2006. Le climat et la taille de la maison sont contrôlés afin de mieux comparer des pommes avec des pommes.

Comme vous pouvez le voir sur le certificat, notre maison a obtenu une cote HERS de 23, alors que la maison de référence est toujours comptée comme 100. Bien que je n'entrerai pas dans le calcul, ce nombre représente le pourcentage d'énergie que la maison modélisée utilise par rapport à la référence, avec un ajustement pour l'autoproduction d'énergie grâce à des éléments comme nos panneaux photovoltaïques. En comparaison avec la maison « standard », notre maison réduit la demande d'énergie de plus de 70 %.

Les ventilations approximatives de la consommation d'énergie en kWh/an sont les chiffres que je trouve les plus intéressants ici. On prévoit que notre maison utilisera un total de 19 271 kWh/an, dont 4 785 kWh proviendront de l'électricité produite par les panneaux solaires, le solde de 15 465 kWh étant fourni par le propane.

Alors, comment cela se compare-t-il à notre consommation réelle pour l'année 2015 (enfin, de novembre 2014 à novembre 2015) ? Pendant cette période, nous avons utilisé exactement 400 gallons de propane, pour un total de 10 800 kWh d'énergie. Nous avons également brûlé environ une demi-corde de bois de chauffage en érable et en chêne, ce qui a fourni environ 3 000 kWh de chaleur.

La meilleure mesure de notre consommation d'électricité solaire est en fait l'énergie utilisée par les charges branchées au cours de l'année, soit 1 400 kWh. Ce chiffre représente en fait une sous-performance significative par rapport à notre contribution solaire attendue pour plusieurs raisons. Premièrement, les batteries n'ont pas bien vieilli au cours de leur première année d'utilisation en raison de décharges trop profondes au cours de leurs premiers mois de service, et deuxièmement, plus d'énergie a été « gaspillée » que prévu, car l'excès d'énergie ne peut pas être économisé s'il n'est pas utilisé et que les batteries sont pleines.

Je suis en train de mettre en place un système pour utiliser une partie de cet excès d'énergie et j'écrirai à ce sujet une fois qu'il sera opérationnel. Inutile de dire que cela place notre consommation d'énergie réelle pour l'année à 15 200 kWh, bien moins que le chiffre prédit par le modèle de 19 271 kWh. Ce n'est pas une surprise, car nous habitons la maison seulement environ la moitié du temps, et nous prenons probablement moins de douches et utilisons moins de jouets technologiques que le ménage moyen. J'imagine que si nous y étions à temps plein, notre consommation d'énergie réelle finirait par être assez similaire aux projections du modèle.

Un autre ensemble de détails intéressants issus de la modélisation était les estimations des pertes de chaleur à travers tous les différents composants de l'enveloppe de la maison (voir ci-dessous - premier document en anglais, suivi d'un plus détaillé en français. Une partie du texte dans les colonnes anglaises est incorrecte mais est correcte dans le graphique).

Pour rester en kWh, je travaillerai avec les chiffres du document français. La quantité totale de chaleur nécessaire des systèmes de chauffage actifs est de 9 286 kWh (25 % de la maison de référence). Une partie de la raison pour laquelle ce chiffre est si bas est due au gain de chaleur solaire passif provenant de toutes les fenêtres, à hauteur de 4 306 kWh/an. En combinant ces chiffres, on constate que plus de 31 % du chauffage total nécessaire pour cette maison est accompli par le soleil qui entre par les fenêtres.

J'ai suffisamment parcouru la littérature sur le chauffage solaire passif pour savoir que c'est à peu près le maximum que l'on devrait viser avec le chauffage solaire passif dans une maison, à moins d'être prêt à subir une surchauffe indésirable les jours ensoleillés et chauds en hiver et au printemps. Même chez nous, je trouve que les jours de grand soleil en février et mars, l'étage de la maison peut dépasser les 30 degrés Celsius (86 Fahrenheit) avec le chauffage éteint. J'ai trouvé que c'était bon pour le moral de pouvoir ouvrir les fenêtres et de porter des shorts lors de ces journées de ciel bleu en février.

L'autre grand avantage de cette répartition du chauffage est qu'elle montre la quantité de perte de chaleur à prévoir pour chaque composant de la maison. Il n'est pas surprenant que les murs hors-sol soient le plus grand composant, car ils constituent une surface beaucoup plus grande que toute autre partie de la maison. Les murs auraient été l'une des parties les plus chères de la maison à améliorer, en raison de la quantité de matériaux nécessaires pour couvrir une si grande surface.

Le contributeur suivant le plus élevé est l'infiltration d'air, à 2 783 kWh/an. Lorsque la maison était à moitié terminée, un test d'infiltrométrie a montré que nous avions une étanchéité à l'air de 1,47 CAH@50Pa, mais comme je l'ai souligné dans cet article, la maison est probablement plus étanche maintenant et cette perte de chaleur plus faible que ce que le modèle suggère.

La dalle de béton et les murs de fondation, à 2 314 kWh et 1 435 kWh respectivement, sont probablement les seuls endroits où j'aurais aimé ajouter de l'isolant. Il n'aurait pas été si difficile ni si cher d'ajouter des couches plus épaisses d'isolant en mousse rigide ou d'utiliser un kit de coffrage pour dalle de plancher chauffant solaire et super isolée de maison passive, et je suis presque certain qu'il aurait été rentable de faire cette mise à niveau. Je suppose qu'un avantage de l'état actuel des choses est que les chambres du bas sont toujours plus fraîches tout l'été, ce qui rend le sommeil confortable même les jours les plus chauds de l'été sans aucune climatisation - mais cela aurait été la même chose si nous avions utilisé plus d'isolant.

La puissance du solaire

Je voulais juste réitérer une fois de plus l'utilité du solaire actif et passif pour réduire le besoin d'autres sources d'énergie, généralement des combustibles fossiles. Si nous devions éliminer le gain solaire par les fenêtres et déconnecter les panneaux solaires, le modèle suggère que nous aurions besoin de 24 550 kWh/an d'énergie provenant du propane, soit 909 gallons. Cependant, nous obtenons déjà 4 306 kWh de chaleur par les fenêtres.

Les modèles ci-dessus ne tiennent pas non plus compte des nouveaux panneaux solaires ajoutés cet automne, qui, avec l'installation d'origine, pourraient produire environ 9 850 kWh d'énergie par an. Comme je l'ai mentionné plus haut, je suis en train de mettre en place un système pour utiliser une grande partie de cet excès d'énergie électrique pour le chauffage des locaux en hiver et le chauffage de l'eau chaude sanitaire en été. Si nous parvenions à utiliser toute cette capacité excédentaire, cela signifierait que nos besoins totaux en propane chuteraient à un prévisionnel de 9 074 kWh.

Étant donné que nous utilisons déjà beaucoup moins d'énergie que ne le prévoit le modèle, mon espoir est de réduire la consommation de propane pour l'année prochaine de 400 gallons à 250 gallons ou moins. Avec une technologie en constante amélioration et des prix en baisse, je vois déjà arriver le jour, peut-être dans 15 ou 20 ans, où il sera possible pour nous, et pour les maisons hors réseau dans des endroits comme le nôtre, de nous passer du propane sans nous ruiner. J'attends ce jour avec impatience, où tous mes besoins énergétiques seront satisfaits par le soleil qui brille d'en haut.

 
Notre maison est-elle proche de la norme « Maison Passive » ?

L'une des inspirations originales de notre maison était la norme Maison Passive. J'en ai un peu parlé dans un autre article de blog, mais brièvement, c'est une norme visant à réduire considérablement l'énergie nécessaire pour chauffer et alimenter une maison. Cette norme autorise 15 kWh/m² de chauffage par an, ce qui est assez difficile à atteindre pour une maison unifamiliale dans le climat d'Ottawa, au Canada. Même avec tout ce que nous avons fait pour construire une meilleure maison, le modèle suggère toujours que nous sommes à 47 kWh/m² par an, soit près de 3 fois le montant autorisé pour la certification Maison Passive.

Il n'y a qu'une petite poignée de maisons qui ont atteint cette certification dans l'est du Canada (dont l'une est la maison Ecohome certifiée LEED V4 Platine - l'Edelweiss), et certains des professionnels à qui j'ai parlé ici pensent qu'une exigence de chauffage aussi faible n'est actuellement pas un objectif raisonnable dans notre climat. Il fait beaucoup plus froid ici que dans la région où ces normes ont été créées (principalement en Allemagne), où ce chiffre a plus de sens.

Ici, selon certains constructeurs, les maisons locales qui visent la certification pourraient avoir besoin de murs d'environ deux pieds d'épaisseur - bien que ce soit probablement une exagération. Nous avons estimé qu'il était plus logique ici de construire une maison « assez bonne », puis de compenser une partie de la différence par des moyens tels que les énergies renouvelables. À l'avenir, il sera presque certainement plus facile d'atteindre et de dépasser la norme Maison Passive, à mesure que les techniques de construction écologique s'amélioreront et deviendront plus largement connues, et que les innovations technologiques continueront de produire de meilleurs produits - mais dans l'ensemble, nous sommes plutôt satisfaits de notre maison hors réseau.

Approfondissez votre expertise en construction durable au Canada et en France

Maîtriser la modélisation énergétique d'une maison hors-réseau est une étape. L'appliquer concrètement à un projet de construction ou de rénovation, en est une autre. Explorez ces guides conçus pour les chantiers canadiens et francais:

• Aperçu du projet : Lisez la première partie de ce blogue pour un aperçu complet du projet de maison hors-réseau.
• Production d'électricité : Apprenez-en plus sur la production d'électricité pour une maison autonome.
• Conception résiliente : Découvrez les caractéristiques de conception résiliente pour les nouvelles constructions.

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