La chaleur dans les bâtiments
Consommation d'énergie dans le secteur résidentiel et tertiaire
chauffage, eau chaude sanitaire, cuisson, ventilation

Quantité et coûts



- Chaleur dans le bâtiment au niveau national : une méthode et des tableurs pour calculer quantités et coûts
- Le cas d'un logement : combien dépenser pour diminuer les émissions de CO2 d'un logement au moindre coût : pompe à chaleur et isolation thermique 

- La consommation de chaleur pour un logementles dépenses de consommation et d'économie d'énergie selon le mode de chauffage, le coût de l'isolation thermique, des équipements, de l'énergie. On trouvera une feuille de calcul permettant au lecteur d'introduire ses propres hypothèses sur le coût de l'isolation, le prix de l'énergie, etc.
- Un exemple de construction neuve très peu consommatrice d'énergie
- L'étude de Jean Orselli (conseil général des ponts, aujourd'hui Conseil général de l'environnement et du développement durable) sur l'efficacité des logements existant aujourd'hui
- Un rapport sur les réseaux de chaleur

- Une étude sur le chauffage hybride




Pour avoir une idée du coût des quantités d'énergie consommées pour la chaleur et de leur coût, voici comment nous raisonnons ici : trois étapes : un tableau général de ressources et d'emplois d'énergie, le calcul de la consommation par logement existant aujourd'hui, le calcul du coût de consommation et d'économie d'énergie pour la chaleur.

1- Dresser un tableau équilibré de ressources et d'emplois d'énergie : cela demande de faire des hypothèses non seulement sur la consommation d'énergie pour la chaleur, mais aussi sur les transports, sur la consommation d'énergie par l'industrie, sur la quantité de biomasse disponible, sur la façon dont l'électricité est produite, etc. Le tableur accessible ici calcule la capacité nucléaire et les émissions de CO2.
La consommation d'énergie pour la chaleur inclut le chauffage, l'eau chaude, la cuisson et la ventilation. Cette quantité de chaleur inclut la chaleur pompée par les pompes à chaleur, comptée comme chaleur solaire (car elle provient bien du soleil, qu'elle soit "pompée" dans l'air, dans l'eau de surface, ou dans le sol à faible profondeur).

2- A partir de la quantité de chaleur consommée par les bâtiments en général, on calcule la quantité de chaleur qui sera consommée par un logement moyen existant aujourd'hui. Pour ce faire, on dit que le logement est une proportion du total "résidentiel et tertiaire" ; on fait une hypothèse sur le rythme de construction de nouveaux logements et sur leur consommation, et une hypothèse sur la destruction de logements existant aujourd'hui.

3- Le coût de la consommation et de l'économie d'énergie de chaleur est la somme de ce qui est dépensé pour diminuer les pertes thermiques du bâtiment, améliorer l'efficacité des appareils et consommer l'énergie. Il convient ici de distinguer d'une part la chaleur utile, c'est à dire celle qui contribue à chauffer les locaux ou l'eau, et d'autre part la chaleur finale, c'est à dire la quantité d'énergie payée. Améliorer l'isolation thermique ou installer une ventilation double flux permet de diminuer la chaleur utile, donc la chaleur finale. Améliorer le rendement énergétique d'une chaudière au fioul ou au gaz permet de diminuer la chaleur finale sans diminuer la chaleur utile. Remplacer une chaudière au fioul ou au gaz par une pompe à chaleur permet de réduire beaucoup la quantité de chaleur finale (celle que l'on paie) sans changer la quantité de chaleur utile (celle qui sert à chauffer les locaux) puisque la plus grande partie de la chaleur utile provient de l'extérieur, gratuitement.
Par ailleurs, les dépenses à engager pour diminuer les pertes thermiques du bâtiment sont de plus en plus élevées au fur et à mesure que le bâtiment est mieux isolé.
Un tableau de calcul permet d'introduire des hyptohèses sur la consommation globale de chaleur, le nombre de bâtiments neufs et de bâtiments détruits, la consommation des bâtiments neufs, le coût de l'isolation des bâtiments existants en fonction du degré d'isolation, le coût et l'efficacité des pompes à chaleur, le coût de l'énergie. Il calcule la consommation des bâtiments existants et les dépenses d'isolation et d'équipement.
Il est donc possible de calculer comment les dépenses de consommation et d'économie d'énergie évoluent selon la consommation totale d'énergie pour la chaleur dans les bâtiments.

Pour atteindre le tableur qui permet d'avoir une idée du coût de l'économie et de la consommation de chaleur dans le bâtiment en fonction de la quantité totale consommée au plan national, cliquer ici.  Pour un mode d'emploi, cliquer ici. Pour quelques résultats, cliquer ici.



Voir aussi












Calculer le coût d'une forte diminution de la consommation de chaleur dans le bâtiment, d'ici, par exemple, trente ans

Le tableur est ici.

- Introduire la consommation totale d'énergie chaleur par le résidentiel et tertiaire en Mtep, millions de tep - ligne 26
- Dire le nombre de logements détruits, en rythme annuel : entre 30 000 (rythme moyen des trente dernières années) et 50 000 (en tablant sur la poursuite de l'effort de renouvellement urbain). Le tableur calcule le pourcentagge de logements détruits sur 30 ans.
- Dire le nombre de logements construits à partir d'aujourd'hui : ligne 40
- Le tableur calcule ce que sera la consommation moyenne d'une logement existant aujourd'hui ; cette valeur est la perte thermique du bâtiment ; elle inclut donc la chaleur pompée par les pompes à chaleur. Ligne 48.
- Dire combien il faut dépenser pour réduire ainsi la consommation d'énergie utile des logements existants. Ligne 50. C'est une dépense d'investissement, exprimée en euro par kWh/an évité. Elle dépend de la situation initiale. C'est pourquoi le tableur propose quatre colonnes qui diffèrent par la quantité d'énergie consommée, la première représentant la situation actuelle.
- Introduire une durée d'amortissement et un taux d'actualisation, ou taux d'intérêt.. Le tableur calcule des annuités constantes.
Le cas des pompes à chaleur :
- Dire le coût d'une PAC (y compris l'installation). Ligne 57.
- Dire le pourcentage de logement existant aujourd'hui qui seront équipés de PAC. Ligne 60.
- Et le COP moyen. Ligne 61.
- Le tableur calcule alors la consommation finale de chaleur (c'est à dire payée par le consommateur) du secteur résidentiel.
- Introduire le coût de l'énergie en €/MWh. on suppose que le coût de l'nergie st le même quelle que soit l'énergie. Ce sera pour l'essentiel de l'électricité. Lorsque c'est du gaz ou du fioul, le coût du CO2 portera le prix à un niveau proche de celui de l'électricité - voir "moins de CO2 pour pas trop cher".
- Le tableur ajoute les dépenses d'énergie annuelles et les annuités constantes correspondant aux investissements d'isolation thermique et de performance énergétique (y compris les PAC) : les investissements sont ceux qu'il faut faire pour passer d'une colonne à l'autre ( chaque colonne correspondant à une hypothèse de consommation totale de chaleur dans le résidentiel et tertiaire.
- Le tableur calcule enfin combien il faut dépenser au total lorsque l'on passe d'une colonne à une autre. Ligne 76.

Le résultat dépend beaucoup de la consommation totale de chaleur, du rythme de construction de logements neufs et de leur surface, des dépenses d'isolation thermique, du coût des pompes à chaleur, de la proportion de logements équipés de pompes à chaleur, du prix payé pour l'électricité.



Quelques résultats

Le tableur est ici.

Prenons trois hypothèses de consommation d'énergie dans le bâtiment compatibles avec une division par trois des émissions de CO2 et une capacité nucléaire croissante, ou stabilisée ou en forte diminution - ce sont les hypothèses de Avec le nucléaire et de Moins de CO2 pour pas trop cher - c'est à dire 46,4 Mtep/an, 41,8 Mtep/an et 35 Mtep/an pour la consommation de chaleur (y compris la chaleur pompée par les PAC) dans le résidentiel et tertiaire.

Le nombre de logements détruits fut dans les trete dernières années de 30 000 par an. Supposons qu'un effort de rnovation urbaine le maintienne à 50 000 par an. Si la surface moyenne des nouveaux logements est de 100 m2, le rythme de 350 000 logements neufs par an ne paraît pas crédible sur une longue période car il conduirait à une très forte augmentation des surfaces de logements. Retenons 350 000 logements neufs par an (10,5 millions en trente ans) d'une surface moyenne de 90 m2. Dans les logements existant aujourd'hui, la consommation de chaleur utile pour le chauffage seulement passerait de 141 kWh/m2/an aujourd'hui à 113 kWh/m2/an ou 97 kWh/m2/an ou 72 kWh/m2/an.
On traite à part les PAC pour pouvoir moduler le coût des PAC en fonction de leur puissance et, surtout, pour identifier le coefficient de performance, qui a une grosse influence sur le résultat économique. On ne tient pas compte du coût des chaudières au gaz ou au fioul car on suppose qu'il est le même quelle que soit la consommation d'énergie.
Supposons qu'il faille dépenser, en investissement sur le bâti (y compris la ventilation mécanique), 2000 € HT pour diminuer la consommation de chaleur utile (c'est à dire les pertes de chaleur) de 1000 kWh/an lorsque celle-ci est de 110 kWh/m2/an, et 3500 € HT lorsque celle-ci est de 80 kWh/m2/an.
Supposons également que le taux d'intérêt est de 4 % en monnaie constante.
Disons aussi que 30 % des logements existants seront équipés de PAC et que l'électricité coûtera 125 €/MWh HT. Alors, comparée à l'hyptohèse 46 Mtep/an, l'hypothèse 41,8 Mtep/an obligerait à dépenser 1,5 milliards d'euros par an de plus et l'hypothèse 35 Mtep, 13 milliards d'euros par an de plus.

Si le taux d'intérêt était de 6 %, non de 4 %, comparée à l'hyptohèse 46 Mtep/an, l'hypothèse 41,8 Mtep/an obligerait à dépenser 2,9 milliards d'euros par an de plus et l'hypothèse 35 Mtep, 18 milliards d'euros par an de plus.

Si le coût de l'isolation thermique pour éviter de consommer 1000 KWh/an est, non pas 2000 € puis 3500 €, mais 2500 et 4500 €, à 4 % d'intérêt, les surcoûts seraient de 3,4 milliards et 20 milliards d'euros par an.

Cela montre à la fois la sensibilité du résultat aux hypothèses et l'ampleur des dépenses qui seraient rendues obligatoires par la nécessaité de réduire la consommation de chaleur, même si l'énergie est relativement chère : 125 €/MWh Ht soit 150 €/MWh TTC.












Une maison écologique en banlieue parisienne

J’ai visité récemment une maison individuelle où tout a été fait pour diminuer la consommation d’énergie autant qu’il est possible. Le propriétaire de cette maison a méthodiquement tiré parti des meilleures techniques. Pour être complet, il l’a également équipée de panneaux solaires et même d’une mini éolienne.  Ensuite il a disposé dans sa maison, dont il fait un lieu de démonstration, des instruments qui mesurent la température, le degré d’hygrométrie, la teneur en gaz carbonique, la consommation d’énergie, la production d’énergie et même une station météo pour relier la production des panneaux photovoltaïque et de son éolienne à l’ensoleillement et à la vitesse du vent

Le résultat est remarquable.

Une pompe à chaleur eau-eau est branchée sur le chauffe-eau et sur un circuit de chauffage par le sol. L'air de ventilation passe dans un tuyau de 100 mètres de long  enfoui à deux mètres de profondeur dans le jardin. En été l'air est ainsi rafraîchi. En hiver il est réchauffé et ce préchauffage est complété dans un échangeur de chaleur où l'air entrant prend la chaleur de l'air sortant.

Pour ce qui est de l’eau chaude, l’eau est préchauffée par les eaux utilisées à la cuisine ou dans la salle de bain, ce qui améliore singulièrement l’efficacité de la pompe à chaleur.

Surface : 200 mètres carrés. Habitée en moyenne par 1,5 personnes ; plus de 100 m2 sont chauffés en permanence.
Consommation d'énergie pour le chauffage : 855 kWh d'électricité par PAC ; eau chaude : 529 kWh ; pompes de circulation : 90 kWh ; ventilation : 324 kWh. Il n'y a pas de climatisation (l'aération suffit).

Maison de Bruno Comby à Houilles  - cliquer ici pour plus d'information

Ce propriétaire expérimentateur nous dit que tout cela ne lui a pas coûté trop cher. Mais il est bien conscient que les panneaux photovoltaïques sont très coûteux, non pour lui mais pour la collectivité puisqu’ils sont payés par l’ensemble des consommateurs d’électricité. Quant à l’éolienne, il l’a installée pour démontrer l’écart existant entre les annonces des vendeurs et la réalité : le vent, à quelques mètres au dessus du toit des maisons, ne souffle pas de la même façon que là où sa vitesse est mesurée par Météo France, à vingt mètres d’altitude.

Cette maison démontre que les constructions neuves, bien isolées et bien équipées, utilisant la chaleur solaire peuvent se passer complètement de gaz ou de fioul et consommer très peu d’électricité. Si cette électricité est produite majoritairement comme elle l’est aujourd’hui en France (entre 75 % et 80 % à partir de nucléaire et d'hydraulique pendant les périodes de pointe de consommation), les émissions de CO2 seront très faibles, pour un coût raisonnable si l’on évite les gadgets coûteux comme le chauffe-eau solaore ou la production d’électricité éolienne ou phtovoltaïqiue, qui est très coûteuse.

J’ajoute qu’il s’agit d’une maison individuelle en banlieue parisienne et qu’il est facile d’aller à pied ou à vélo de cette maison à la station RER la plus proche. Il n’est donc pas nécessaire de concentrer l’habitat dans des immeubles collectifs pour consommer moins d’énergie et émettre moins de C02.




Combien dépenser pour diminuer la consommation d'énergie de chauffage
en s'équipant d'une pompe à chaleur et en diminuant les pertes thermiques du bâtiment

Prenons le cas d'un logement qui est équipé d'un chauffage central avec une chaudière au fioul qui peut encore fonctionner une dizaine d'années.
Il consomme pour le chauffage et l'eau chaude 3 m3 de fioul par an, soit 30 MWh. Cela coûte 3000 € par an.

Premier temps : installer une pompe à chaleur sur le chauffage central en conservant la chaudière au fioul

Une pompe à chaleur est branchée sur le circuit du chauffage central, en amont de la chaudière. Lorsqu'il fait froid,  la PAC est mise à l'arrêt. Elle peut également être mise hors tension par le fournisseur d'électricité lorsque la demande d'électricité est forte. Donc la PACproduit très efficacement et l'électricité peut être vendue à un prix intéressant puisqu'elle est effaçable  pendant les périodes de pointe de la consommation d'électricité. Supposons qu'elle apporte 20 MWh par an avec un COP de 3, c'est à dire qu'elle consomme 7 MWh d'électricité par an. Quant au prix de l'électricité on supposera qu'il est de 140 €/MWh ou, si l'on tient compte du fait qu'elle est effaçable, 100 €/MWh seulement. La consommation de fioul est de 1 m3 par an.
Les dépenses d'énergie sont donc de 1000 € de fioul et 1000 €ou 700 € d'électricité soit 1000 € ou 1300 € de moins qu'avant l'installation de la PAC.
Cette économie justifie un investissement de 10 000 ou 15 000 euros, suffisant pour installer une PAC air-eau.

Deuxième temps : est-il intéressant d'investir pour diminuer les pertes thermiques du bâtiment ?

Maintenant que le logement est équipé d'une PAC, si les pertes thermiques du bâtiment diminuent de 1 MWh, la consommation de fioul dimnuera de 0,3 MWh et celle d'électricité de 0,23 MWh. Les dépenses d'énergie diinueront donc de 30 € pour le fioul et 32 ou 23 € pour l'électricité soit, en tout, environ 60 €, ce qui justifie un investissement de 900 €.

Pour réduire les pertes thermiques du bâtiment de 1 MWh par an, il est donc inutile de dépenser plus de 900 ou 1000 euros.

C'est beaucoup moins que ce qu'il faudait dépenser pour respecter les limites de consommation que certains ont la ferme intention de nous imposer, c'est à dire de l'ordre de 100 kWh/m2/an soit pour 140 m2, 1,4 m3 de fioul. En effet, ces limites obligeraient à dépenser jusqu'à 3000 ou 4000 euros pour diminuer les pertes thermiques de 1 MWh par an.







Dans les bâtiments existants : le chauffage hybride électricité et fioul ou gaz

Une étude

Tout le monde se demande comment diminuer les émissions de CO2 des logements existants chauffés au gaz ou au fioul. Isoler davantage ? Sans doute, mais cela devient vite plutôt cher. Voici une méthode :

- Compléter l'installation de chauffage en plongeant une résistance électrique dans l'eau du chauffage central ou en ajoutant une pompe à chaleur en relève de la chaudière existante.

- S'il faut changer la chaudière, installer un nouvel ensemble combinant chaudière et PAC ou résistance électrique.


Ce dispositif, qui permet de remplacer l’électricité par une autre forme d’énergie, est différent d’autres dispositifs qui permettent seulement de déplacer le moment où l’électricité est consommée.

Il peut également être conçu pour pouvoir absorber une production d’électricité excédentaire, notamment dans le cas de réseaux de chaleur ou de chaudières industrielles.

Dans l'immédiat, ce mode de chauffage créerait une nouvelle de mande d'électricité effaçable qui correspond parfaitement à la situation du système électrique européen, excédentaire en quantité d'électricité pouvant être produite mais incertain et parfois déficiatire en puissance produite.

A moyen et long terme, si l’on cherche le meilleur équilibre entre l’offre et la demande d’électricité, le chauffage hybride évite les pointes de consommation d’électricité, permettant des économies non seulement sur les moyens de production mais, surtout, sur les réseaux de distribution. Il est aussi une réponse aisée aux difficultés créées par le développement de la production d’électricité éolienne et solaire même si le défaut de production dure plusieurs jours voire plusieurs semaines, ce qu’aucun mode de stockage d’électricité n’est capable de faire.

Plus généralement il apporte au consommateur une très bonne sécurité d’approvisionnement en énergie, quelle que soit la cause du manque d’approvisionnement en électricité – événements climatiques, pannes techniques, actes de malveillance.


J'ai fait une étude sur le sujet. Elle évalue l’intérêt économique pour le consommateur et pour le système électrique du chauffage hybride dans différentes circonstances : niveau de consommation, coût de l’installation, prise en compte ou non d’un « coût du CO2 », etc.

Aux prix actuels du gaz et du fioul, le chauffage hybride est intéressant qu'une autre solution si le chauffage est au fioul. Si le coût des énergies fossiles incorpore un coût du CO2, le chauffage hybride devient  intéressant si le chauffage est au gaz, et encore plus intéressant si le chauffage est au fioul.

Le chauffage hybride se développera si le prix de cette électricité effaçable sans préavis pour deux minutes ou pour plusieurs jours tient compte des avantages qu’il présente pour la gestion du réseau électrique. Il peut entrer dans le mécanisme de « marchés de capacité » mais, dans une première étape, il serait plus simple d’ajouter une ligne au tarif Tempo pour cette livraison d’électricité d’un type nouveau.


Voici un lien sur l'étude