Le confort d été en construction ossature bois. Lempdes, le 7 octobre 2011 Franck JANIN

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1 Le confort d été en construction ossature bois Lempdes, le 7 octobre 2011 Franck JANIN

2 Présentation d'heliasol Etudes et conseil en thermique du bâtiment et énergies renouvelables Spécialisé en passif & bioclimatique 3 ingénieurs Interventions limitées à Rhône Alpes (sauf train / covoiturage) Références 2 bâtiments «passifs certifiés» 3 BBC certifiés 3 dossiers dans l appel à projet «100 maisons basse conso» Rhône- Alpes AEG, Diagnostics énergétiques, Copro HELIASOL 7 Octobre

3 Plan de l intervention Les paramètres du confort La difficulté du confort d été La méthode / hypothèses de l étude Les résultats Conclusion L objectif est le confort en logement sans climatiser HELIASOL 7 Octobre

4 LES PARAMÈTRES DU CONFORT HELIASOL 7 Octobre

5 Température opérative (ou résultante) Température de confort ressentie Dépend de la température de l air et de celle des parois Valable uniquement sans courants d air (V < 0,2m/s) HELIASOL 7 Octobre

6 Humidité relative Exemple comparatif Même rayonnement solaire Même conditions de vent Même température extérieure Conditions météo Après une forte pluie, en période de chaleur Climat méditerranéen sec, en période de chaleur Humidité relative 82%HR 18%HR Sensations de confort Moiteur, impossibilité d évaporer, surchauffe Très bonne évaporation, Chaleur très supportable HELIASOL 7 Octobre

7 Vitesse de l air, été Vitesse de l'air (m/s) Refroidissement équivalent ( C) 0,1 0 0,3 1 0,7 2 1,0 3 1,6 4 2,2 5 3,0 6 4,5 7 6,5 8 HELIASOL 7 Octobre

8 Lien T / Humidité / vitesse d air Température / Humidité : 2 zones différentes selon que la vitesse d air est nulle (en jaune) ou pas HELIASOL 7 Octobre

9 Paramètres principaux Déjà évoqués Température de l air Température des parois Humidité relative Vitesse de l air Lien humidité / T vitesse d air Autres paramètres Métabolisme Aspect psychologique Météo des jours précédents Habillement HELIASOL 7 Octobre

10 LA DIFFICULTÉ DU CONFORT D ÉTÉ HELIASOL 7 Octobre

11 Confort «Fanger» a proposé un indice, PPD ou pourcentage prévu d insatisfaits Partant du principe qu on ne peut satisfaire tout le monde en même temps Et un indice PMV (predicted mean vote) 0 = confort HELIASOL 7 Octobre

12 Confort Il reste au moins 4% d insatisfaits HELIASOL 7 Octobre

13 Bilan thermique Hiver Le flux va toujours dans le même sens, intérieur vers extérieur Les apports internes facilitent le chauffage L excès d humidité est atténué par le simple réchauffement de l air (l humidité relative baisse) Eté Le flux change entre la nuit et le jour Les apports internes augmentent le besoin de rafraichissement L excès d humidité ne peut être évacué et empêche un rafraichissement par évaporation HELIASOL 7 Octobre

14 MÉTHODE / HYPOTHÈSES DE L ÉTUDE HELIASOL 7 Octobre

15 Méthode Simulation thermique dynamique avec le logiciel Français Pleiades / Comfie et Energy+ Etude heure par heure, pièce par pièce Les températures sont proches de températures résultantes (moyenne paroi-air) Limites : ne gère pas l humidité de l air, ni la convection NB : Pour le climat étudié et en l absence de colonnes d air de plusieurs étages, ce n est pas un problème HELIASOL 7 Octobre

16 La maison Rdc HELIASOL 7 Octobre

17 La maison R+1 Débords de toit de 40 cm, fenêtre au nu intérieur HELIASOL 7 Octobre

18 La maison (façades) Ouest (20%) et Sud (40%) Est (20%) et Nord (20%) HELIASOL 7 Octobre

19 Les compositions choisies NB : Ce que l on voit couramment, pas forcément recommandé ni écologique Base «Passive» VMC DF, n50 =0.6 Sur ventilation 2 vol.h Mur : ossature 14 cm avec Laine de verre et complément extérieur 20 cm idem R = 8 PLH : LV 40 cm R = 10 PLB : Hourdis, polystyrène 16 cm, chape 5 cm, carrelage Cloisons : BA13 + LV 45 + BA13 PLI (inter) léger, bois, isolant phonique 5 cm Uw =0.8 Base RT idem sauf : PLB : Poly 6 cm PLH : LV 20 cm Murs : 14 cm Uw = 2 HELIASOL 7 Octobre

20 Le lieu, la météo Météo de St Etienne Moyenne des années 1996 à 2005 Ce n est donc pas un fichier de «canicule» HELIASOL 7 Octobre

21 LES RÉSULTATS HELIASOL 7 Octobre

22 La présentation des résultats Taux d inconfort = pourcentage de temps (ou la pièce est occupée) au delà de 27 C On considère qu on ne descend pas en dessous de 20 C, même pour refroidir en fin de nuit (fermeture des fenêtres) HELIASOL 7 Octobre

23 Rappel Cette étude n est pas exhaustive. C est un exemple uniquement En tertiaire notamment, les stratégies sont très différentes Période de 7 semaines (9 Juillet au 26 Août) Les chiffres représentent soit La température résultante (moyenne paroi-air) % d inconfort (en période d occupation) HELIASOL 7 Octobre

24 Bois / ITI / ITE Comparaison des modes constructifs Base (Ossature bois) ITI ITE Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 8 semaines d été 2.8 Toutes choses égales par ailleurs (seul le mur diffère) ITI = Isolation Thermique Intérieure Passif HELIASOL 7 Octobre

25 Exemple de STD sur 2 jours d été 35' C 33' C 31' C 29' C 27' C 25' C 23' C 21' C 19' C Jour 1 Jour 2 heure Base ITE Extérieur ITI HELIASOL 7 Octobre

26 Déphasage et réduction d amplitude T C Déphasage (en heures) Réduction d amplitude (en %) Temps HELIASOL 7 Octobre

27 Fermeture des volets Volets ouverts 13 Base (Volets fermés) 9 RT Passif Passif RT Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

28 Protections fixes Le 21 juin, au zénith, le soleil est à 67 Donc le soleil arrivera toujours sur la fenêtre Et encore plus si elle n est pas plein sud Sud 67 Et donc le 21 août et le 21 avril HELIASOL 7 Octobre

29 Protections solaires adaptées Stores verticaux à l ouest (à lames orientables ci possible) Stores extérieur à lames orientables au Sud - Lames orientables - Persiennes bois HELIASOL 7 Octobre

30 Protéger aussi le Nord-ouest! Ne pénalise pas l hiver Vue de dessus Arbres HELIASOL 7 Octobre

31 Ajout d inertie cloisons Cloisons Cloisons Base (Placostyl 7 cm) Carobric 7 cm KLH 10 cm Carreau platre 10 cm Brique terre crue 10 cm Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

32 Ajout d inertie sur les murs (face intérieure) Base (BA13) Chaux sable 5 cm Brique terre crue 5 cm Argile / copeaux 2 cm Fermacell 15mm Fermacell 30mm Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

33 Ajout d inertie dans les murs Base (Laine de verre) Laine de bois 50kg/m3 Laine de bois 140 kg/m3 Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été NB : Ne pas extrapoler à d autres configurations! HELIASOL 7 Octobre

34 Ordre de grandeur des flux 35 air extérieur Vitres Murs sol Flux en Watt HELIASOL 7 Octobre

35 Inertie thermique d un matériau L inertie thermique d un matériau est sa capacité à stocker et à déstocker de l énergie dans sa structure. Le stockage ou le déstockage se fait avec un déphasage dans le temps et une réduction de l amplitude des températures. HELIASOL 7 Octobre

36 Diffusivité Capacité à transmettre une onde de température D (diffusivité) = λ / ρ C E = D 1/2 ρ C C Chaleur spécifique et ρ = densité Pour apporter de l inertie, il faut Une surface d échange élevée Une capacité calorifique importante Effusivité élevé pour absorber Diffusivité pas trop élevée HELIASOL 7 Octobre

37 Effusivité Décrit la capacité d un matériau à absorber la chaleur HELIASOL 7 Octobre

38 Effusivité Les matériaux peuvent être classés en 3 catégories, selon qu ils sont perçus comme Froid (marbre, métaux, béton, carrelage) Neutre (Brique, plâtre) Chaud (Bois, liège, tissus, papier) Dont la température s adapte à celle de leur environnement HELIASOL 7 Octobre

39 Les apports internes 4.1 Watt / m² pour Les occupants Les appareils électriques (PC, télé, LV, LL) La chaleur dissipée par l eau chaude sanitaire Les auxiliaires en espace chauffé, l éclairage Soit 481 Watt au total 1 ballon d eau chaude environ 100 W 1 télévision 50 à 200 W Frigo congélateur classe A = 40 W permanent HELIASOL 7 Octobre

40 Ajout d inertie sur le plancher intermédiaire Base (léger / plancher) Bois et chape / plancher Bois et chape / carrelage Hourdis / plancher Hourdis / carrelage Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

41 Sur ventilation nocturne Ventilation nocturne mécanique Limitée en débit et encombrante Consommations électriques importantes Ventilation nocturne naturelle Plus complexe à concevoir Ventilation économique et écologique HELIASOL 7 Octobre

42 Ventilation nocturne 1 paramètres clé : - La température de fin de nuit Et pour la ventilation par fenêtres -La vitesse du vent Station Météo de Clermont (et St Etienne) le 10 Août Potentiel de rafraichissement Température d'air Vitesse du vent (rafales en km/h) STE air STE vent HELIASOL 7 Octobre

43 Ventilation nocturne Implique une surface d ouverture de 2 à 4% de celle du plancher Concevoir un trajet libre de l air avec un tirage naturel suffisant pour atteindre des débits importants Prévoir une masse thermique accessible à l air (éviter moquettes et faux plafonds) HELIASOL 7 Octobre

44 Sur ventilation nocturne Passif Base (2 vol/h) 4 vol/h 6 vol/h Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

45 Sur ventilation / Inertie Base (2 vol / h) vol / h 6 vol / h Inertie murs et cloisons Inertie cloisons bois Base Sans inertie PLB Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été HELIASOL 7 Octobre

46 CONCLUSION HELIASOL 7 Octobre

47 Stratégie été (sans climatiser) 1. Limitation des apports solaires 2. Limitation des apports internes 3. Inertie thermique et sur ventilation nocturne Autres, dont brassage d air, puits canadien,. Évaluation possible à l aide d une STD HELIASOL 7 Octobre

48 FIN DE LA PRÉSENTATION HELIASOL 7 Octobre

49 HELIASOL 7 Octobre

50 Modèle résultat RT Passif RT Passif Volets ouverts Volets fermés HELIASOL 7 Octobre

51 Les principales données d entrée d une STD Site Météo horaire du site Masques solaires Bâti en 3D avec Cloisons intérieures Revêtements intérieurs / extérieurs Débords de toit Scénario (heure par heure) Consigne température Ventilation Nb d occupants Apports internes Fermeture volets HELIASOL 7 Octobre

52 Inertie d un bâtiment L inertie thermique d un bâtiment dépend: De l inertie de ses parois Des meubles qu il contient De l inertie de son système de chauffage On distingue deux types d inertie l inertie quotidienne l inertie séquentielle «C» Capacité calorifique n est pas le seul paramètreheliasol 7 Octobre

53 Inertie Refroidissement et réchauffement lent des matériaux Tout matériau à température T0, placé dans une ambiance à température Ta peu différente de la sienne, se refroidit ou se réchauffe lentement. sa température au moment "t" dépend notamment : du coefficient d'échange h de la surface d'échange S de la capacité thermique Cr V ou MC En admettant que tout le volume V est à température constante. HELIASOL 7 Octobre