Eléments de choix durable

Le tableau ci-dessous synthétise les différents éléments du choix durable au regard des dispositifs. Pour chacun de ceux-ci, un symbole indique la pertinence relative de chacun des arguments. Dans la mesure où les éléments du choix durable alimentent la réflexion quant à la durabilité du projet, il s'agit bien d'une simple indication, qui de plus doit être interprétée dans chaque situation particulière.

Synthèse des éléments du choix durable

Aspects environnementaux

Bilan en énergie primaire et en CO2

La production d'eau chaude pouvant être intégralement assurée par l'appoint, la motivation de l'utilisateur est souvent pour partie d'ordre économique (économiser du combustible) et pour partie environnementale (réduire ses émissions de CO ₂ ).

Chauffage

Cogénération

Pour une cogénération au gaz, deux formes d'énergie ne sont pas équivalentes d'un point de vue énergétique. L'électricité est totalement convertible en d'autres formes d'énergie et possède donc une grande qualité.

Si nous additionnons le rendement électrique (p.ex. 35 %) et le rendement thermique (p.ex. 53 %), nous arrivons à 86 %. Cela ne semble pas beaucoup. Toutefois, le rendement électrique peut se comparer au rendement de la production d'électricité dans une centrale électrique. La figure ci-dessous le montre clairement :

• Une cogénération au gaz naturel avec un rendement électrique de 35 % et un rendement thermique de 53 % consomme 1000 kWh d'énergie primaire.
• Une des meilleures centrales électriques (STEG), avec un rendement de 55 %, consomme 636 kWh d'énergie primaire. Une très bonne chaudière avec un rendement saisonnier de 90 % consomme 589 kWh d'énergie primaire. Ce qui fait un total de 1225 kWh d'énergie primaire.
• Cette comparaison démontre clairement une économie d'énergie primaire pour les mêmes quantités d'électricité et de chaleur produites. 1225 -1000 kWh = 225 kWh (ou 18 % d'économie par rapport à la consommation d'énergie primaire 225/1225 = 18 %)

© Bruxelles Environnement

Avec les installations de cogénération, on a le choix. Une cogénération existe dans des versions fonctionnant avec des combustibles aussi bien traditionnels que non traditionnels. Une cogénération à combustible traditionnel permet de réaliser des économies d'énergie primaire par rapport à une chaudière de référence avec un rendement saisonnier de 90 % et une production électrique de référence avec un rendement de 55 %, mais utilise toujours des combustibles classiques. L'électricité produite ne peut donc pas être considérée comme de l'électricité renouvelable.

Pour que l'électricité produite par une cogénération puisse être considérée comme de l'électricité renouvelable, le combustible utilisé doit être renouvelable. Les options possibles sont la biomasse, les biocombustibles (souvent la bio-huile) et le biogaz. L'importance de l'impact positif supplémentaire sur le bilan CO2 varie selon l'origine et le processus de transformation du biocombustible. Le contrôle de l'origine du biocombustible (lieu, transformation, transport, ...) et l'impact social et/ou écologique éventuel sont deux éléments de décision déterminants. Brugel impose pour l'obtention de certificats d'électricité verte des exigences minimum concernant ces aspects (voir l'étude préalable de faisabilité et l'analyse coût-bénéfice, plus d'informations sur la bio- cogénération dans le dossier Intégrer des systèmes de production d'électricité renouvelable).

Chaudière condensation pellets

Le chauffage au bois utilise un combustible renouvelable et ne contribuant pas à l'augmentation de la concentration de CO2 dans l'atmosphère pour autant que la qualité et l'origine du bois soient assurées et que le bois soit brûlé dans de bonnes conditions de combustion.

Lors de sa combustion, la biomasse libère du CO2, un gaz à effet de serre. Mais le CO2 libéré est celui que les plantes et végétaux ont capté dans l'atmosphère durant leur croissance. Il n'y a donc pas d'émission de CO2 nouveau: la valorisation énergétique de la biomasse est neutre au niveau du CO2. On dit que le cycle du carbone est neutre ou fermé , la biomasse énergie ne participe pas au réchauffement climatique pour autant que les systèmes d'exploitations agricoles et forestiers soient durables et responsables.

Lors de la photosynthèse, les végétaux captent le CO2 dans l'atmosphère et l'utilisent, grâce à l'énergie du soleil, pour construire tous leurs composants (tiges, racines, feuilles, etc.). Lors de ce processus, de l'oxygène est libéré dans l'atmosphère.

Lors de la combustion de la biomasse, de l'oxygène est puisé dans l'atmosphère, et le CO2 stocké dans la biomasse est libéré.

© Bruxelles Environnement

Et si tout le monde se chauffait au bois ? Dans ce cas, on dépasserait les possibilités de gestion renouvelable des ressources. On estime généralement à 10 % la couverture possible des besoins de chauffage par du combustible bois.

La sciure qui sert à la fabrication des pellets provient d'entreprises de transformation du bois telles que les scieries, etc. On ne coupe donc pas les arbres pour produire des pellets, mais on valorise des coproduits issus de l'exploitation normale et durable des forêts. Il n'existe pas de label belge à l'heure actuelle mais la norme européenne EN14961 sur les biocombustibles solides est en cours d'approbation. Pour répondre à cette norme, les granulés devront respecter un cahier de charges strict.

Toutefois, la compression des granulés nécessite de l'énergie pour actionner les presses ainsi que pour le séchage et le broyage éventuel de la sciure. Les granulés ont donc un contenu en « énergie grise » plus important que les bûches (environ 5% : il faut apporter 228 kWh d'énergie grise – de l'électricité – pour fabriquer 5.000 kWh de pellets).

Un appartement de 100m², PEB conforme, aura une consommation d'environ 9800kWh/an pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire. L'utilisation de 2.150 kg de pellets permettrait de remplacer environ 980 litres de mazout ou 860 m³ de gaz naturel. Cela correspondrait respectivement à éviter l'émission dans l'atmosphère d'environ 3 ou 2,1 tonnes de CO2.

PAC

Le chauffage par pompe à chaleur , à condition d'avoir un bon SPF et donc à condition d'être dans des conditions d'exploitation idéales, peut avoir un bilan d'émission de CO2 et une consommation d'énergie primaire plus favorable qu'une chaudière gaz à condensation. C'est d'autant plus intéressant que la proportion de l'énergie destinée au chauffage est plus élevée que celle destinée à la préparation d'eau chaude sanitaire. Il s'agit donc d'une technologie qui se justifie tout à fait quand on ne peut pas avoir accès au gaz.

Chaudière condensation gaz - Aérotherme à condensation

• Parmi les systèmes fonctionnant aux combustibles fossiles, les chaudières gaz à condensation se détachent du lot : en utilisation finale, la combustion du gaz émet moins de CO2 que la combustion du fioul et la technique de la condensation permet les meilleurs rendements.

Batterie de chauffe électrique

En tant que système de production de chaleur ayant pour vecteur énergétique l'électricité, la consommation d'énergie primaire sera élevée ainsi que l'émission de CO2.

Synthèse

• Pour fixer les idées, les valeurs suivantes correspondent à
  • des besoins nets en énergie de 25.000kWh/an
  • un rendement moyen pour la distribution, régulation et l'émission de 88% (afin de mettre en évidence le rendement de production du système de production de chauffage)
  • Chauffage basse température (type chauffage par le sol)

Bilan en énergie primaire et en CO2

* pour 1kWh fourni au bâtiment ; ** en tenant compte d'un rendement moyen de centrale de 38 % ; *** 9800kWh d'électricité sont également produits)

Eau chaude sanitaire

Chauffe-eau solaire

Un chauffe-eau solaire n'a pas d'impact négatif sur l'environnement lors de son utilisation et n'émet pas de gaz à effet de serre. Toutefois, ce sera le cas lors du processus de production du boiler solaire.

Accumulateur gaz - Chauffe-eau instantané

Le gaz émet moins de CO2 que le mazout ou l'électricité.

Accumulateur électrique

En tant que système de production d'eau chaude sanitaire ayant pour vecteur énergétique l'électricité, la consommation d'énergie primaire sera élevée ainsi que l'émission de CO2.

Emission de polluants atmosphériques des vecteurs énergétiques

Le tableau ci-dessous reprend les émissions de polluants atmosphériques des différents vecteurs énergétiques. On peut remarquer que par rapport aux autres sources d'énergies fossiles et de biomasse, le gaz naturel émet le moins de polluants atmosphériques.

Emission de polluants atmosphériques

Source : ICEDD, 2010. Les 5 premières colonnes du tableau reprennent les chiffres d'une première source (Ademe/CITEPA, 2003) alors que les 3 dernières colonnes donnent les émissions attendues selon les normes (TA Luft ) et labels (Blaue Engel) allemands actuels les plus stricts.

Il est à noter que les chaudières et poêles à pellets répondant aux normes actuelles les plus strictes sont nettement plus performantes qu'anciennement mais restent préoccupantes en termes de Composé Organique Volatil COV, CO, dioxines et d'Hydrocarbure Aromatique PolycycliquesHAP.

Toute installation de combustion peut émettre du CO, du SO2 et des particules fines (PM10) nocives pour la santé. Les anciens systèmes de chauffage au bois peuvent présenter une certaine nuisance au niveau environnemental. Dans les meilleures et plus récentes technologies (comme par exemple les chaudières à pellets à condensation), certaines précautions sont prises (filtre à particule, qualité du combustible, bons réglages) afin de diminuer et de tenter d'égaler des équipements de combustion classique (gaz, mazout). Des études sont en cours afin de déterminer les émissions de polluants des technologies de chauffage au bois et d'étudier l'impact sur la qualité de l'air en ville en cas de généralisation de ce mode de chauffage.

Attention, dans les bâtiments où un effort d'étanchéité à l'air a été consenti ( neuf ou rénové), il est impératif d'utiliser des poêles étanches par rapport au local où il est placé càd que l'apport d'air de combustion nécessaire pour le poêle se fasse par un conduit spécifique.

Aspects économiques

Variation du prix du combustible

D'une manière générale, l'évolution se fait « par vague ». On voit aisément que le prix de l'électricité que ce soit en tarif simple ou en tarif bi-horaire est bien supérieur à celui des autres vecteurs énergétiques.

Voir Prix de l'energie d'Energie Commune

Coût d'investissement et durée de vie du système de production

Il n'existe pas de données neutres permettant de différencier la durée de vie des différents équipements présentés ici. Par contre, il est possible de classer les installations en fonction de leur coût d'investissement.

Chauffage

Cogénération

Le prix de revient d'une cogénération dépend de son type et de la puissance thermique et électrique souhaitée. Si une puissance plus élevée est requise, la technologie peut changer. Pour des puissances moindres, comme les systèmes présentés dans cette fiche (cogénération pour bâtiments), on utilise souvent des moteurs à combustion.

L'investissement de base pour une cogénération est assez élevé et varie fortement en fonction du type de combustible et de la marque choisie. Une micro-cogénération de 5 kWel au gaz naturel peut atteindre 20 000 euros. Une micro-cogénération de 20 kWel au gaz peut atteindre 40 000 euros (hors frais de placement). Outre cet investissement de base, l'entretien (éventuellement sous contrat) est un aspect très important. Les bio-cogénérations ne sont pas si différentes des cogénérations classiques. Le combustible est différent mais la technique est la même : une cogénération bio au biogaz est équipée d'un moteur au gaz, et une cogénération bio à la bio-huile d'un moteur diesel adapté.

Pour être rentable, la différence de prix entre l'électricité et le gaz doit être assez grande. Il faut compter un ratio électricité/gaz de 2,5 pour réaliser un gain.

Chaudière condensation pellets

Compte tenu de l'espace de stockage nécessaire, un chauffage pellets ou au bois coûtera 3 fois plus qu'une installation avec chaudière gaz à condensation. La rentabilité de ce surcoût dépendra du prix du combustible. Celui-ci est extrêmement variable en fonction du fournisseur. Il est donc important de négocier avec son fournisseur potentiel au préalable du projet. Le coût d'entretien des chaudières bois est équivalent à celui des solutions au mazout. Il est un peu plus élevé que pour les installations au gaz.

PAC

En soi, une pompe à chaleur coûte de l'ordre de 2 à 3 fois le prix d'une chaudière gaz condensation (hors cheminée, raccordement au gaz…), sans compter le prix d'un éventuel forage géothermique (de l'ordre de 50 €/m ou 750 €/kW). Etant donné le différentiel de prix entre l'électricité et le gaz (en début 2012, le kWh électrique coûtait de l'ordre de 3 fois plus que le kWh de gaz), il n'est pas toujours facile de rembourser le surinvestissement de la pompe à chaleur sur la durée de vie de l'équipement. Les résultats peuvent être différents selon qu'il s'agit du remplacement d'un système ou d'une nouvelle installation. Dans l'exemple suivant, on part du fait qu'il faut installer un nouveau système de chauffage et l'on ne tient pas compte des subsides ou de la production d'électricité via panneaux photovoltaïques.

En moyenne, le chauffage d'une habitation avec une pompe à chaleur gaz à absorption avec chauffage par le sol coûte environ 12.000€ de plus qu'une chaudière gaz condensation.

• La puissance thermique est de minimum 40kW. Si l'on considère 2.000 heures de fonctionnement par an, cela donne une consommation annuelle de 80.000kWh soit une différence de consommation avec un rendement de 140% par rapport à une chaudière gaz de 27.067kWh. Avec un coût annuel de 0,079€/kWh pour le gaz, on obtient un surcôut de 2.057€ pour la pompe à chaleur. Le temps de retour sera de 5,6 ans. Avec 3.000 heures de fonctionnement, il sera de 3,7 ans et avec 1.500 heures, de 7,5 ans.
  • Pompe à chaleur à absorption gaz

Il s'agit d'une variante de pointe de la pompe à chaleur classique.

La différence avec le système thermodynamique d'une chaudière gaz à eau chaude est qu'au lieu de chauffer de l'eau pure en circuit fermé, on chauffe une solution d'ammoniaque (NH4OH). De plus, l'ammoniac (NH3) est utilisé dans un cycle frigorifique secondaire qui permet de pomper la chaleur d'une source froide (au niveau de l'évaporateur) pour la restituer au niveau de la source chaude (condenseur).

Prix courant moyen de l'énergie achetée par les ménages – Belgique 2007-2013

© Architecture et Climat - LOCI – UCL

Chaudière condensation gaz

Dans les bâtiments de petite taille, la chaudière gaz à condensation est en général la solution performante la moins chère. En cas d'installation d'une chaudière à condensation dans un immeuble existant, une adaptation de la cheminée doit être réalisée (tubage 100 à 150€/m ou sortie en façade via une sortie à ventouse).(plus d'informations à ce sujet dans la partie dispositif)

Notons que le remplacement d'une ancienne chaudière par une chaudière gaz à condensation sera rentabilisé entre 8 et 15 ans (15 à 25% d'économie) en fonction de la performance de l'installation existante.

Aérotherme à condensation

Depuis quelques années, tous les aérothermes gaz sont soumis à une loi européenne qui leur impose de condenser. Les aérothermes à condensation sont environ 20% chers que les aérothermes qui ne condensent pas. Le temps de retour sur investissement de ces appareils est de 10 à 15 ans.

Synthèse

Pour synthétiser ce qui précède, voici un exemple chiffré reprenant plusieurs systèmes de production et permettant de déterminer les kg de CO2 par an et les kWh d'énergie primaire économisés par euro investi.

Les hypothèses sont :

• Puissance de chauffage : 25 kW
• Besoins énergétiques : 40 000 kWh/an
• Rendement (distribution, régulation, émission) : 88%
• Chauffage basse température (type chauffage par le sol)

Comparaison économique de différents dispositifs

*Le temps de retour simple d'une pompe à chaleur air est négatif car :

• l'investissement d'une pompe à chaleur air est plus élevé que celui d'une chaudière gaz condensation.
• le coût annuel dû à la consommation de combustible est plus élevé pour une pompe à chaleur air que pour une chaudière condensation gaz.

Eau chaude sanitaire

Chauffe-eau solaire

Performante, la technologie du chauffe-eau solaire a atteint sa maturité. Le matériel est fiable et a une durée de vie d'au moins 25 ans. Mais surtout, le prix du kWh est stable et garanti pendant toute la durée de vie de l'installation, à l'inverse du prix des énergies fossiles. Les capteurs solaires thermiques peuvent aussi bien être installés sur des habitations déjà existantes que sur de nouvelles constructions. En Région de Bruxelles-Capitale, un chauffe-eau solaire couvre jusqu'à 70% des besoins en eau chaude d'un ménage moyen sur une période de 1 an. Cela représente une économie annuelle de 200 à 400 litres de mazout ou de m³ de gaz naturel, c'est-à-dire de 2.000 à 4.000 kWh/an.

• Si l'on compare les frais d'investissement d'un collecteur solaire sans subside, on peut estimer que le prix de revient d'une installation de particulier se situe entre 3000 et 4500 €. Ceci pour une installation avec un collecteur de 3 à 4 m².
• Comptez que vous économisez 50 % à 65 % sur votre facture de gazole ou d'électricité. Sur la base de ces chiffres, nous pouvons globalement estimer qu'un foyer de 4 personnes devra débourser de 350 à 500 € pour l'ECS en frais énergétiques.
• Le délai de récupération sur des coûts énergétiques fixes (gaz et électricité) pour le collecteur solaire est d'environ 20 ans. Si vous devez de toute façon changer votre chauffe-eau, le délai de récupération diminue autour des 15 ans. Avec des subsides, vous resterez encore au-dessus des 10 ans.

Le coût du kWh solaire peut être, pour une installation d'eau chaude sanitaire, compétitif par rapport celui des prix des combustibles à leur niveau actuel. Mais surtout, il est stable et garanti pendant toute la durée de vie de l'installation, soit une période de 25 ans minimum ! Le prix des énergies fossiles, par contre, dépend de nombreux facteurs que nous ne maîtrisons pas…

Exemple : dans un établissement spécifique consommant 5 000 l d'eau chaude à 60°C par jour, le prix de revient du kWh de combustible économisé grâce au chauffe-eau solaire est alors plus ou moins équivalent au coût du kWh (tarif 2003) d'énergie primaire d'un combustible gaz ou fuel lorsque le taux de subsides est de 30%.

Accumulateur gaz

• a un prix d'achat plus élevé qu'un chauffe-eau instantané ou qu'un accumulateur électrique.

Chauffe-eau instantané

• La production ou la préparation instantanée est moins onéreuse au niveau investissement que celle à accumulation. Elle est aussi à priori moins chère en termes de consommation (de par le meilleur rendement), mais peut poser des problèmes de confort.

Accumulateur électrique 

• Tout chauffe-eau électrique comporte au minimum les pièces suivantes : une soupape de décharge, un thermostat et un ou plusieurs éléments de chauffage Ceux-ci fonctionnent à l'électricité et chauffent l'eau dans la chaudière. Quand l'eau atteint la température définie, le thermostat coupe l'alimentation électrique. La température de l'eau se règle le plus souvent sur le chauffe-eau, jusqu'à un maximum de 80°C. Si le réservoir d'eau est en métal, il est généralement doté d'une anode qui le protège de la corrosion. Les propriétés électrochimiques de cette anode font que cette dernière se corrode avant le métal et protège ainsi le réservoir.
• Grâce à ce montage simple, ce type de chauffe-eau est d'un prix très bas et facile à installer. Cependant, sa consommation d'énergie est bien plus élevée que celle de son homologue au gaz. Une unité (kWh) d'électricité est trois fois plus chère qu'une unité de gaz. C'est pourquoi l'on essaie autant que possible de charger les chauffe-eau au tarif de nuit, quand le prix de l'électricité est environ trois fois moins élevé.

Combiné

• La centralisation de la production d'ECS et sa combinaison au système de chauffage est souvent économiquement intéressante par rapport à l'addition de systèmes de production décentralisés. Néanmoins, à terme les consommations énergétiques peuvent être plus importantes. Chaque projet de conception est presque un cas unique et il est donc difficile d'évaluer le temps de retour simple sur l'investissement.

Coût de l'eau chaude sanitaire

Quelques ordres de grandeur :

• 1 litre d'eau chaude à 40°C, coûte de 0,25 à 0,50 c€ en énergie (gaz ou fuel, selon l'efficacité du système de production) et 0,3 c€ en eau, soit 0,55 à 0,80 c€ en tout.
• Une douche de 5 minutes avec un pommeau économique entraîne une consommation d'eau chaude de 40 litres, de gaz de 1,7 à 3,5 kWh et une facture totale (eau comprise) de 22 à 33 c€. En comparaison, un bain de 100 litres sera responsable d'une consommation de gaz de 4,4 à 8,7 kWh et d'une facture totale de 55 à 80 c€.
• Un lave-vaisselle performant entraîne une consommation de l'ordre de 8 à 15 litres d'eau chaude contre une quarantaine de litre pour une vaisselle équivalente à la main (mais la comparaison du coût et de l'impact environnemental doit tenir compte de l'efficacité des deux systèmes de production, toujours électrique pour le lave-vaisselle, idéalement solaire et souvent gaz pour l'eau du robinet…)
  • L'intérêt écologique d'un chauffe-eau solaire est évident pour toute installation. La rentabilité d'une installation d'eau chaude solaire augmente avec la taille de l'installation, le taux de subsides, l'orientation favorable de la toiture, le profil annuel de consommation, …

Subsides

La cogénération donne droit aux subsides suivants :

• Certificats verts pour cogénération
• Avantages fiscaux pour les investissements destinés à réaliser des économies d'énergie, uniquement pour les entreprises.
• Aide à l'investissement pour les investissements destinés à réaliser des économies d'énergie, uniquement pour les entreprises.

Aspects socio-culturels

Revoir les mentalités

C'est au niveau de l'usage de l'eau chaude que les aspects socio-culturels sont les plus frappants. Dans le contexte actuel où les bâtiments sont de mieux en mieux isolés, l'eau chaude devient, relativement, un gros consommateur d'énergie et appelle ces changements culturels. Une première mesure est de réduire les consommations d'eau à la base : en prévoyant des robinetteries peu consommatrices (à ce sujet voir le dossier Faire un usage rationnel de l'eau).

A-t-on toujours besoin d'eau chaude ? La pertinence de certains points de puisage d'eau chaude doit être étudiée. Par exemple, l'eau chaude n'est, a priori, pas nécessaire dans les lavabos de sanitaires (privés ou publics). On pourrait ainsi remettre en question certaines applications « traditionnelles » de l'eau chaude, comme par exemple, l'entretien des sols.

La cogénération est une technologie moins connue. Cette technologie est plus complexe, exige plus d'entretien et nécessite plus de démarches administratives et juridiques pour l'obtention de subventions et de primes. De plus, le coût d'investissement total est plus élevé. Il est donc conseillé d'informer spécifiquement le maître d'ouvrage sur cette technique et ses possibilités, son attrait financier (selon l'application) et son caractère écologique (Cela après test de la technique à l'aide d'une (pré-) étude de faisabilité). Dans le cas d'une bio-cogénération, ces tâches sont encore plus spécifiques comparées à une cogénération classique : un peu plus complexes, mais plus écologiques. En outre, les nuisances sonores peuvent être un point négatif. Toutefois, une installation correcte résout ce problème. Avec une bio-cogénération, il y a également le problème des particules fines et/ou de l'origine du biocombustible.

Et la santé ?

Des hautes températures dans le réseau de distribution d’eau chaude sanitaire sont nécessaires pour éradiquer les risques de légionnelles. Cela est généralement défavorable aux rendements des installations de production ou de distribution (PAC notamment). Néanmoins il existe des solutions pour garantir la sécurité au niveau légionnelle sans pour autant impacter de trop les performances énergétiques de l’installation.

Et le confort ?

Le confort recouvre plusieurs aspects :

• La stabilité de la température d'eau souhaitée, qui est à mettre en relation avec la qualité de la régulation propre du producteur d'eau chaude sanitaire.
• Le temps d'attente à un point de puisage est également un élément de confort lié à la géométrie de la distribution. Ce point est détaillé dans le dossier Garantir l'efficience des installations de chauffage et ECS (distribution et émission).

En termes de confort, le stockage partiel ou total est le mieux adapté à un puisage discontinu (la plupart des cas). En effet, servant de tampon, il élimine les fluctuations de température liées au temps de réaction de la production.

A l'opposé, les systèmes instantanés (intégrés à une chaudière, via un échangeur à plaques, …), généralement moins chers peuvent, eux, présenter des fluctuations de température lorsque le débit de puisage varie. Cependant, les points de puisage équipés de robinet thermostatique peuvent quant à eux réduire les fluctuations de température pour autant qu'elles ne soient pas trop brusques. Les systèmes instantanés de type domestique s'améliorent en termes de confort grâce par exemple à des mini-réserves et la modulation du brûleur.