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2. Chauffage Produire l’énergie sur place avec les ressources locales

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2. Chauffage Produire l’énergie sur place avec les ressources locales

Le solaire en haute montagne fait appel avant tout à des capteurs tubulaires sous vide. Le réflecteur peut être orienté sur le site et installé pratiquement à la verticale pour être à l’abri de l’enneigement.

Comme pour tout site isolé, le soin consiste à minimiser les besoins et le transport de l’énergie, donc à valoriser les ressources locales. Deux solutions dominent : le bois et le solaire thermique combinés pour le chauffage et l’eau chaude, le photovoltaïque pour la production d’électricité.

En haute montagne, aucun réseau n’est disponible. Toute l’énergie doit être soit produite sur place, soit transportée par rotations d’hélicoptères. S’il est acceptable de transporter ainsi une ou deux fois par an les cylindres de propane pour la cuisine, c’est inconcevable pour du fioul ou du gaz utilisés en chauffage et en production d’eau chaude sanitaire (ECS). Les consommations et les volumes nécessaires seraient trop importants. Les solutions sont donc relativement simples et peu nombreuses. Premièrement, il faut minimiser les besoins. En ce qui concerne le chauffage, cela signifie isoler la construction au maximum et parvenir à une bonne étanchéité du bâtiment.

Mettre en œuvre des équipements performants

Ensuite, les équipements doivent être choisis en fonction de leur performance, vue à travers le prisme particulier de la haute montagne. Par exemple, tous les usages de l’électricité doivent être les plus économes possible : appareils électroménagers de classe A et sources lumineuses à basse consommation. De même, pour la ventilation, il vaut mieux retenir une ventilation mécanique double-flux avec récupération de chaleur comme c’est la règle dans les nouveaux refuges autrichiens. Si le bâtiment est étanche, une ventilation mécanique est nécessaire, puisqu’on ne peut plus compter sur les infiltrations d’air parasite pour assurer le renouvellement d’air hygiénique dans un refuge bondé. Comme la présence humaine est souvent importante – ce qui entraîne un fort dégagement de chaleur – tandis que la température de l’air extérieur est basse, même en plein été, la récupération de chaleur s’impose à la fois pour maximiser le confort et pour réduire les consommations d’énergie. Afin de réduire le plus possible les consommations d’électricité pour la ventilation, le caisson double-flux sera équipé de ventilateurs à courant continu, pilotables pour ajuster les débits d’air aux besoins. Dans les zones froides et sèches, comme la haute montagne, les nouveaux échangeurs entalpiques air/air sont particulièrement indiqués pour la ventilation. Pourvus d’une membrane spécifique qui permet une récupération de l’humidité et de la chaleur de l’air extrait, ils conservent une bonne humidification de l’air ambiant. Zehnder les utilise dans les solutions ­Comfosystems, distribuées en France depuis le début 2008. Un échangeur entalpique transfère la chaleur et l’humidité de l’air extrait, à travers une membrane, vers la veine d’air neuf. La présence et la nature de la membrane évitent le transfert des microbes, bactéries et odeurs et empêchent le gel de l’échangeur, même pour des températures extérieures très basses. Comme ces échangeurs récupèrent à la fois la chaleur sensible et la chaleur latente de l’air extrait, leur rendement nominal de récupération de chaleur peut-être supérieur à 100 %. Un peu comme dans le cas des chaudières à condensation, dont le rendement dépasse 100 %, car il est exprimé en fonction du PCI (pouvoir calorifique inférieur) et non du PCS (pouvoir calorifique supérieur). Si le rendement de l’échangeur entalpique est exprimé en fonction de la chaleur sensible, il peut dépasser 100 %. Prudent, Zehnder se contente d’annoncer un rendement de récupération supérieur à 90 %. Le groupe de ventilation double-flux Zehnder ­Comfoair 500, par exemple, est homologué par le Passivhaus Institut de Darmstadt pour des constructions passives.

Il peut être équipé d’un échangeur entalpique et d’un échangeur géothermique ­ComfoFond-L qui récupère la chaleur terrestre pour préchauffer l’air neuf. Il s’agit d’un circuit géothermique à eau glycolée enterré à 1,25 m de profondeur. Il constitue une alternative hydraulique efficace au puits canadien qui demeure purement aéraulique.

Meilleure option : le poêle à bois à accumulation

En ce qui concerne le chauffage, la performance des chaudières et des poêles à bois dans ce contexte ne correspond pas à ce que l’on peut attendre en plaine. En chauffage au bois, le nec plus ultra de la performance aujourd’hui se concentre sur les générateurs utilisant des granulés. Ils permettent en effet de conserver un excellent rendement, tout en modulant la puissance du générateur en pilotant conjointement l’approvisionnement du foyer en combustible (les granulés) et l’apport d’air comburant. En effet, dans la combustion du bois, toute tentative de régulation, c’est-à-dire de réduction de la quantité de chaleur produite pour l’adapter aux besoins du moment, si elle ne s’accompagne pas d’une réduction proportionnelle du volume de combustible, aboutit à une dégradation de la qualité de combustion, à une émission accrue de poussières, de particules imbrûlées et de suie encrassant le conduit de cheminée, ainsi qu’à une baisse de rendement très sensible. Autrement dit, si on réduit l’air comburant, il faut en même temps diminuer le volume de combustible. Une seule technologie le permet : le chargement mécanique et piloté de granulés de bois. Mais d’une part, tout cela fonctionne à l’électricité, denrée rare en haute montagne ; d’autre part, les granulés sont un combustible manufacturé que l’on devrait acheminer depuis son lieu de production, tout comme du fioul ou du propane. Ils ne constituent donc pas une solution performante pour la haute montagne. Brûler des bûches – une ressource locale – avec un excès d’air comburant important pour obtenir une bonne hygiène de combustion et stocker la chaleur produite pour réguler son utilisation, constitue la seule bonne alternative. Il existe deux technologies possibles : les poêles à bois à accumulation et les chaudières bois classiques raccordées à un ballon tampon qui fait office de ­stockage de chaleur. La meilleure option est le poêle à bois à accumulation. On le charge de bûches et le bois se consume de manière franche, avec un fort excès d’air. La chaleur émise dans le foyer et transportée dans les produits de combustion charge les pierres constituant le poêle et son parcours de fumées. Cette solution offre quatre avantages et un inconvénient. Premièrement, elle permet de passer une nuit sans devoir recharger le poêle. Deuxièmement, elle est absolument autonome et ne requiert aucun apport de courant électrique.

Capteurs solaires tubulaires et stockage de chaleur

Troisièmement, après une combustion intense de 2 à 3 heures, ces poêles restituent de la chaleur pendant 8 à 15 heures, avec un rendement de combustion de 80 à 90 % et un coût unitaire de 7 000 à 15 000 e HT. Les principaux fabricants viennent du nord de l’Europe – Nunna Uuni, Tonwerk, Tulikivi – mais sont largement distribués en France. Quatrièmement, étant donnée la nature de la combustion à haute température et avec un franc excès d’air, ces poêles s’accommodent de bois verts et de bois tendres (sapins, etc.) sans que cela n’entraîne d’encrassement supplémentaire. Ce qui facilite encore l’obtention du combustible nécessaire. Le seul inconvénient est que les poêles de masse ne sont pas associables tels quels à des panneaux solaires.

Il faut pour cela que le poêle soit connecté à un ballon d’accumulation, réchauffé à la fois par des panneaux solaires et par la combustion du bois. L’émission de chaleur s’effectue par radiateurs, alimentés par le ballon d’accumulation. Comme l’art de concevoir et d’installer des systèmes de radiateurs fonctionnant en thermosiphon, sans l’assistance d’un circulateur, s’est largement perdu, il s’agira d’un circuit tout à fait classique avec pompe. Ce qui présente l’avantage de pouvoir réguler la température ambiante à l’aide d’un thermostat programmable, agissant directement sur le circulateur. Ce dernier devra être à vitesse variable pour consommer le moins d’électricité possible. Les radiateurs seront dimensionnés pour un fonctionnement en « chaleur douce » : avec une loi d’eau en 50/40 °C ou 60/50 °C. Cela permettra de maximiser la contribution des panneaux solaires au chauffage du bâtiment. L’emploi du solaire en haute montagne implique de retenir plutôt des capteurs tubu­laires que des panneaux plans. En effet, là où les panneaux plans requièrent une ­pente de 30 à 45°, les panneaux tubulaires peuvent être installés avec des pentes supérieures et même verticalement. Ce qui, tenant compte de la certitude de chutes de neige importantes, multiplie les solutions d’installations et permet de les maintenir déneigés plus facilement. En outre, ils offrent un rendement supérieur de 30 % en moyenne à celui des panneaux plans, mais pratiquement deux fois plus important par temps couvert. Leur temps de réaction est plus rapide. Ils absorbent à la fois le rayonnement UV et le rayonnement infrarouge : ils fonctionnent même par temps couvert avec une lumière diffuse, tandis que des capteurs plans requièrent une irradiation directe. Les capteurs tubulaires sont constitués de deux tubes emboîtés l’un dans l’autre, avec un vide profond fait entre eux. À l’extérieur se trouve un tube de verre, à l’intérieur un tube absorbeur. Ils sont en outre équipés de réflecteurs réglables sur site, qui réfléchissent et concentrent la radiation solaire sur l’absorbeur. À surface égale, le prix des capteurs tubulaires sous vide est environ le double de ceux des capteurs plans. Les mauvais capteurs sous vide sont moins performants que les meilleurs panneaux plans. La certification Solar Keymark aide à les départager.

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