La maison passive au vert agressif

Stéphanie Arnett

En mai, les résidents choisis parmi une loterie de 2 600 candidats devraient commencer à emménager dans 98 logements abordables dans le nouveau bâtiment Finch Cambridge sur Concord Avenue près de Fresh Pond à Cambridge, Massachusetts. Conçu par Icon Architecture de Boston, le bâtiment présente des baies vitrées ludiques et des fenêtres d'angle pour laisser entrer la lumière du soleil et permettre une ventilation croisée, un hall avec un plafond voûté et un escalier ouvert destiné à inciter les gens à renoncer aux ascenseurs, et d'autres touches réfléchies comme la sauge- des murs d'accent verts et de grands carreaux de sol dans les salles de bains pour minimiser l'utilisation de coulis attirant la saleté. Sa buanderie familiale est à côté d'un grand espace communautaire avec un salon, un coin cuisine et des coins pour les devoirs - et les deux sont situés au dernier étage, avec des fenêtres offrant une vue imprenable sur Fresh Pond et un accès à une terrasse sur le toit qui ont des plates-bandes surélevées pour le jardinage.

Mais ce qui est le plus remarquable dans le bâtiment n'est pas du tout visible.

Finch Cambridge a été conçu pour répondre à la norme de construction la plus éconergétique au monde, connue sous le nom de norme Passive House (PH), ce qui rendra le chauffage et la climatisation beaucoup moins chers qu'un bâtiment typique. En fait, il devrait être 70 % plus éconergétique que la moyenne nationale de 2016 pour les immeubles multifamiliaux. Étanche et extrêmement bien isolée, une telle structure est considérée comme passive car elle peut efficacement maintenir sa température quel que soit le temps qu'il fait à l'extérieur, en ne s'appuyant que très peu sur les systèmes de chauffage et de refroidissement traditionnels. Il s'agit en fait d'un thermos, explique Michelle Apigian, MA '00, MCP '00, chef de projet de Finch Cambridge, directrice associée et responsable du développement durable chez Icon Architecture, qui a également travaillé sur la conception du bâtiment. L'approche Passive House, qui fonctionne pour tous les types de bâtiments, des maisons unifamiliales aux gratte-ciel, nécessite un système de ventilation qui contrôle soigneusement l'apport d'air frais et récupère la chaleur (ou la fraîcheur de l'air conditionné) de l'air vicié sortant. Cela réduit non seulement le besoin de chauffage et de refroidissement, mais offre une meilleure qualité de l'air intérieur pour des espaces de vie plus sains et plus confortables. Vous pouvez toujours ouvrir une fenêtre pour une bouffée d'air frais si vous le souhaitez vraiment.

Compte tenu de tous les avantages - et du fait que les bâtiments représentent 54 % de la consommation d'énergie dans le Massachusetts - il est surprenant que Finch Cambridge ne soit que le deuxième bâtiment PH multifamilial de l'État. Apigian a également géré le projet et aidé à concevoir le premier, un immeuble d'appartements au prix du marché dans le sud de Boston appelé Distillery North, qui a ouvert ses portes en 2017. Ce bâtiment a obtenu le statut LEED Platine, le plus haut niveau du leadership en matière de construction écologique en matière d'énergie et de conception environnementale. programme de certification, sans aucun effort supplémentaire. Le bâtiment est 72 % plus éconergétique que la moyenne nationale de 2016 pour les immeubles multifamiliaux. Les locataires paient en moyenne 22,50 $ par mois pour chauffer et climatiser leurs appartements, qui sont pour la plupart des unités d'une ou deux chambres, explique le propriétaire de l'immeuble, Fred Gordon. Il ajoute que deux résidents souffrant d'allergies respiratoires graves rapportent que leurs symptômes ont complètement disparu peu de temps après leur emménagement et qu'ils réapparaissent lorsqu'ils voyagent.

Les concepts derrière la conception du PH ont commencé à prendre forme pendant la crise pétrolière des années 1970, lorsque le gouvernement américain a financé des recherches pour réduire la dépendance du pays au pétrole. Mais l'intérêt pour la construction de maisons écoénergétiques a diminué lorsque les prix du pétrole ont chuté et que les Américains sont retournés dans leurs voitures énergivores. Un groupe d'Européens a ensuite repris là où les Américains (et certains collègues canadiens) s'étaient arrêtés, affinant les meilleures pratiques et normes pour la construction de maisons étanches plus faciles à chauffer en hiver - une approche qu'ils ont promue sous le nom de mouvement Passivhaus. Un architecte allemand a construit le premier Passivhaus américain dans l'Illinois en 2003 ; en 2007, elle a fondé le Passive House Institute des États-Unis, qui a affiné les approches de PH pour différents climats.

Bien que l'idée de concevoir des bâtiments extrêmement économes en énergie semble être une évidence, Apigian affirme que la prise de conscience de la norme PH n'a commencé que récemment à se répandre dans la communauté américaine du design. Elle en a entendu parler pour la première fois en 2008 alors qu'elle travaillait sur un concours pour concevoir des logements nets zéro - des maisons qui créent autant d'énergie qu'elles en consomment - pour l'ancienne base militaire de Fort Devens dans le Massachusetts. Maintenant certifiée en construction PH et défenseure active des incitations à promouvoir de tels projets, elle pense que la conception selon ces normes deviendra éventuellement la nouvelle norme. Lorsque LEED a vu le jour, tout le monde s'est senti nouveau et fou, dit-elle. Maintenant, c'est fondamentalement une donnée - chaque cabinet d'architecture pense de manière holistique. LEED met cela clairement sur la carte.

La peur des coûts élevés a empêché de nombreux développeurs d'adopter les principes de la maison passive. Peu de constructeurs sont expérimentés avec les techniques de construction, ce qui fait grimper le prix. S'il y a une équipe inexperte, il est plus probable que vous obteniez une estimation des coûts assez élevée car ils sont nerveux et ne savent pas ce que cela va prendre, dit Apigian. Mais à mesure que de plus en plus de constructeurs acquièrent de l'expérience, les prix devraient baisser. Nous pensons que nous pouvons vraiment le faire pour un coût supplémentaire de 1 à 2% si les principes de la maison passive font partie intégrante du processus de conception et si toute l'équipe est à bord, dit-elle.

La phase finale de la construction de Finch Cambridge étant bien avancée en février, Apigian a fait visiter le bâtiment à MIT News, expliquant les concepts clés.

Créez une enveloppe hermétique.

ALICE DRAGON

À moins que quelqu'un ne franchisse une porte ou n'ouvre une fenêtre, aucun air ne doit entrer ou sortir d'un bâtiment PH sauf par le système de ventilation. Ainsi, le revêtement du bâtiment est complètement enfermé dans un pare-air à trois couches composé de deux couches externes de polypropylène liées thermiquement à une couche intermédiaire polymère étanche. À chaque coin et sur tous les bords de chaque ouverture perforée - pensez aux fenêtres, aux portes, aux ouvertures de conduits - cette barrière est collée avec du ruban adhésif spécial résistant à l'eau et au vent. (Apigian affirme qu'un pare-air à une seule couche n'est pas aussi efficace et qu'une application appropriée est essentielle. S'il est fixé avec des agrafes, ou pire, s'il est déchiré et soufflé, il ne retiendra pas l'air. Les barrières collées en continu sont plus sûres. )

Il s'agit de la première étape de la création de ce que l'on appelle une enveloppe de maison passive, une barrière continue contre l'air extérieur, l'humidité et la chaleur ou le froid indésirables. Les 98 appartements de Finch Cambridge sont à l'intérieur de l'enveloppe et doivent répondre aux normes strictes d'étanchéité à l'air et de chauffage et de climatisation efficaces. Mais pour aider à contenir les coûts, quelques zones présentant des problèmes de ventilation, de chauffage et de refroidissement plus difficiles - le hall et son escalier ouvert, ainsi que la buanderie et les salles communautaires - sont exclues de l'enveloppe. Toutes les portes menant à l'enveloppe PH et toutes ses fenêtres sont munies d'un joint d'étanchéité et d'un triple vitrage pour empêcher tout flux d'air involontaire lorsqu'elles sont fermées.

Enveloppez le bâtiment dans une couverture.

Les clips en fibre de verre rouge empêchent les ponts thermiques ;
la laine minérale beige recouvre l'extérieur du bâtiment.

PHOTO DE COURTOISIE

L'isolation continue est essentielle. Mais dans un bâtiment traditionnel, l'isolant n'est placé que dans les cavités murales entre les poteaux, laissant des espaces vides - une approche qu'Apigian compare à un pull percé de trous. Pour les bâtiments PH, les architectes ajoutent généralement également une couche d'isolation extérieure continue à haute résistance thermique, créant ainsi une couverture autour de l'ensemble du bâtiment. L'épaisseur de la couverture dépend de la taille, de l'utilisation et de l'occupation du bâtiment, ainsi que de la zone climatique. À Finch Cambridge, Icon a utilisé un isolant en fibre de verre appliqué par pulvérisation dans les cavités des murs extérieurs, puis a enveloppé le bâtiment d'une couche de laine minérale de deux pouces, un matériau isolant résistant au feu composé de pierre de basalte fondue et de scories recyclées d'aciéries. . (Le bâtiment Distillery North a obtenu une isolation en cellulose dans ses cavités murales extérieures plus trois pouces de laine minérale.) Les architectes ont également recouvert le toit d'un isolant en mousse rigide conique, placé six pouces de mousse rigide haute densité entre le plafond du garage et le plancher au-dessus et une isolation en mousse de polyuréthane pulvérisée dans les points de transition qui seraient autrement difficiles à couvrir.

L'enveloppe du bâtiment fait l'essentiel du travail, maintenant la température intérieure indépendamment de ce qui se passe à l'extérieur.

Il est également essentiel d'éviter ou de perturber les ponts thermiques, des éléments qui créent une voie d'entrée ou de sortie de la chaleur car ils sont plus conducteurs thermiquement que les matériaux environnants. Les goujons, en particulier les goujons métalliques, sont des ponts thermiques notoires ; à Finch Cambridge, ils sont perturbés par les deux pouces d'isolation extérieure. De même, les bandes métalliques en forme de Z servant à fixer le revêtement extérieur sont fixées au bâtiment par des clips en fibre de verre, dont la conductivité thermique est limitée.

Gérez soigneusement la ventilation.

ALICE DRAGON

Les ventilateurs récupérateurs d'énergie (connus sous le nom de VRE) sont utilisés pour fournir un flux d'air continu et équilibré à l'intérieur et à l'extérieur des bâtiments PH. Pour chacun des deux VRE de Finch Cambridge, un conduit aspire l'air frais et un deuxième conduit expulse l'air vicié. Les deux conduits font passer l'air à travers le VRE, un échangeur de chaleur qui tire parti du principe thermodynamique de base selon lequel l'énergie thermique circulera toujours du chaud vers le froid. Ainsi, alors que l'air dans les deux conduits séparés ne se mélange pas, par temps froid, la chaleur de l'air vicié sortant aide à réchauffer l'air frais frais entrant, réduisant ainsi la demande de chauffage dans le bâtiment. Par temps chaud, le système extrait la chaleur de l'air frais entrant, la transférant à l'air vicié plus frais sortant et minimisant le besoin de climatisation. Les VRE aident également à gérer l'humidité.

L'air frais, qui est filtré pour éliminer les particules, est acheminé dans tous les salons et chambres de Finch Cambridge à partir de l'un des deux conduits d'air frais du bâtiment. L'air vicié est aspiré par les évents de toutes les salles de bain et cuisines et s'écoule vers l'un des VRE par l'un des deux conduits de ventilation sortants (illustrés à droite, avant l'application de l'isolant).

C'est une technologie très simple qui est assez étonnante, mais pas compliquée, dit Apigian. Ça fait longtemps que ça dure.

Installez un chauffage de la bonne taille.

ALICE DRAGON

Un bâtiment avec une enveloppe PH appropriée et un système ERV nécessite un chauffage et un refroidissement supplémentaires minimes. La chaleur générée par les corps, les appareils électroménagers, les lumières et les appareils branchés comme les ordinateurs, les téléviseurs et les grille-pain contribue grandement à le garder bien au chaud. En fait, on dit souvent que vous pouvez chauffer une maison PH avec un sèche-cheveux. En Nouvelle-Angleterre, dit Apigian, cela peut être vrai. Mais elle souligne que l'efficacité de l'enveloppe PH à retenir la chaleur signifie que le refroidissement en été a tendance à être un problème plus important.

Les modèles informatiques tiennent compte de la chaleur générée par les appareils, les appareils électriques, les luminaires et les personnes et calculent la quantité de chaleur ou de refroidissement supplémentaire nécessaire. Les pompes à chaleur, qui fonctionnent selon les mêmes principes qu'un climatiseur ou un congélateur et nécessitent un minimum d'énergie pour fonctionner, sont généralement suffisantes pour les deux fins. L'évaporateur d'une pompe à chaleur, ou échangeur de chaleur, extrait la chaleur de l'air à l'aide d'un fluide frigorigène qui se transforme en vapeur ; cette vapeur est ensuite comprimée dans un condenseur pour augmenter sa température, fournissant de la chaleur. Le processus est inversé lorsqu'un refroidissement est nécessaire. Chaque unité de Finch Cambridge est équipée d'une pompe à chaleur électrique, mais les 98 pompes à chaleur (et celles des espaces communs) ne partagent que 16 condenseurs sur le toit (illustrés à droite). Étant donné que le système permet un débit de réfrigérant variable simultané, une unité orientée à l'ouest qui cuit au soleil peut demander un refroidissement en même temps qu'une unité orientée à l'est peut demander de la chaleur.

L'intensité de consommation d'énergie (EUI) du site projetée à Finch Cambridge - le nombre de kBTU nécessaires pour chauffer et refroidir chaque pied carré par an - n'est que de 23. C'est un impressionnant 70% de moins que l'EUI du site moyen américain pour les maisons multifamiliales, qui en 2016 était de 78,8.

Choisissez judicieusement les fenêtres et ombragez-les au besoin.

Stéphanie Arnett

Les bonnes fenêtres et dispositifs d'ombrage permettent d'exploiter la chaleur du soleil en hiver et de la dévier en été. Pour aider à maintenir la température intérieure, qu'il fasse chaud ou froid dehors, toutes les fenêtres de l'enveloppe PH de Finch Cambridge sont dotées d'un triple vitrage et de joints, avec des cadres isolés qui empêchent les ponts thermiques. Et Icon évite autant que possible les fenêtres à guillotine double, car il est difficile de maintenir un joint d'étanchéité sur une fenêtre faite pour coulisser de haut en bas. La fenêtre à guillotine traditionnelle de la Nouvelle-Angleterre est un désastre - la chose la plus fuyante connue de l'homme, dit Apigian.

Les stores extérieurs au-dessus des fenêtres de la façade sud de Finch Cambridge s'étendent sur la moitié de la longueur de la fenêtre. (Les architectes avaient initialement prévu d'installer des stores sur les façades est, ouest et sud, mais la modélisation énergétique a révélé qu'ils n'étaient nécessaires que pour les fenêtres orientées au sud. L'élimination du reste a permis de contenir les coûts.) Ils ont choisi des stores avec des lamelles inclinées qui bloquent le soleil d'été, mais empêche l'accumulation de pluie et de neige et laisse passer le vent. Parce que le soleil est plus bas dans le ciel en hiver, la lumière du soleil et une partie de sa chaleur rayonnante peuvent pénétrer dans les fenêtres sous les stores, aidant à réchauffer le bâtiment.

Dans un clin d'œil aux oiseaux de Fresh Pond à proximité, les architectes ont conçu la ligne de toit du bâtiment pour qu'elle ressemble à des ailes. Les ailes fournissent également de l'ombre pour la salle communautaire et la buanderie au dernier étage et hébergent une partie du réseau de panneaux solaires de 150 kilowatts installé sur le toit. Les panneaux solaires devraient compenser 98 144 kilowattheures par an, soit environ 20 % de l'électricité totale nécessaire au fonctionnement du bâtiment.

Faire de la modélisation et des tests énergétiques.

INSTITUT MAISON PASSIVE | wikimédia

La modélisation énergétique est utile pour guider la conception et la construction d'un bâtiment PH. Les ingénieurs du bâtiment peuvent calculer la charge énergétique (la quantité maximale d'énergie nécessaire à un moment donné) pour s'assurer qu'ils spécifient un équipement de taille appropriée pour le bâtiment au lieu d'en faire trop. Ils peuvent également déterminer la demande énergétique du bâtiment (l'énergie globale utilisée en une seule année) pour s'assurer qu'il respecte les normes de PH. Mais mesurer son étanchéité à l'air une fois qu'il est construit est le test ultime et est requis pour la certification en tant que bâtiment Passive House.

Apigian s'attend à ce que le bâtiment reçoive la certification PH. En mars, elle se préparait pour le premier test de porte soufflante de Finch Cambridge pour déterminer son étanchéité à l'air. Le test consiste à fermer toutes les portes et fenêtres extérieures et à placer une porte spéciale avec un ventilateur dans une porte principale de l'enveloppe PH pour aspirer l'air hors du bâtiment, en abaissant sa pression d'air interne. Si le bâtiment n'est pas étanche à l'air, le ventilateur de la porte doit travailler plus fort pour maintenir le niveau de pression d'air, et des stylos à fumée peuvent être utilisés pour révéler les fuites.

Alors que la construction finale de Finch Cambridge se terminait, Apigian jonglait également avec d'autres projets locaux de maisons passives en cours à Gloucester, Salem et Lowell. Dans chaque cas, l'objectif est de donner très peu à faire aux systèmes de chauffage et de refroidissement. Avec l'étanchéité à l'air et la continuité et le contrôle thermiques, l'enveloppe du bâtiment fait l'essentiel du travail pour lequel nous comptons généralement sur nos systèmes, en maintenant la température intérieure indépendamment de ce qui se passe à l'extérieur du bâtiment, dit-elle. Et en Nouvelle-Angleterre, cela pourrait signifier presque n'importe quoi.

cacher