Le confort d été en construction ossature bois 5 à 7 éco construction Feurs le 18 novembre 2010 Franck JANIN 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 2 1
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 3 LES PARAMÈTRES DU CONFORT 4 2
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) 5 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 6 3
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 7 Lien T / Humidité / vitesse d air Température / Humidité : 2 zones différentes selon que la vitesse d air est nulle (en jaune) ou pas 8 4
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 9 LA DIFFICULTÉ DU CONFORT D ÉTÉ 10 5
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 (predictedmeanvote) 0 = confort 11 Confort Il reste au moins 4% d insatisfaits 12 6
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 13 MÉTHODE / HYPOTHÈSES DE L ÉTUDE 14 7
Méthode Simulation thermique dynamique avec le logiciel Français Pleiades/ Comfie 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 15 La maison Rdc 16 8
La maison R+1 Débords de toit de 40 cm, fenêtre au nu intérieur 17 La maison vues Ouest (20%) et Sud (40%) Est (20%) et Nord (20%) 18 9
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 19 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 Le lieu, la météo Météo de St Etienne Moyenne des années 1996 à 2005 Ce n est donc pas un fichier de «canicule» 20 10
LES RÉSULTATS 21 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 (consigne de chauffage à 20 C ou fermeture des fenêtres) 22 11
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) 23 Bois / ITI / ITE Comparaison des modes constructifs 10 9,8 9,7 5 0 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 24 12
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 0 6 12 18 0 6 12 18 Jour 1 Jour 2 heure Base ITE Extérieur ITI 25 T C Déphasage et réduction d amplitude Déphasage (en heures) Réduction d amplitude (en %) Temps 26 13
Fermeture des volets 40 32 28 30 20 10 0 Volets ouverts 13 Base (Volets fermés) 9 RT Passif Passif RT Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été 27 Protections solaires adaptées Stores verticaux à l ouest (à lames orientables ci possible) Stores extérieur à lames orientables au Sud 28 14
Protéger aussi le Nord-ouest! Ne pénalise pas l hiver Vue de dessus Arbres 29 Ajout d inertie cloisons Cloisons 10 5 0 9,8 Base (Placostyl 7 cm) 7,1 6,8 Carobric 7 cm 5,8 KLH 10 cm Carreau platre 10 cm 0 Brique terre crue 10 cm Cloisons Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été 30 15
Ajout d inertie sur les murs (face intérieure) 10 5 9,8 6,8 5,3 6,7 9,5 8,25 0 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 31 Ajout d inertie dans les murs 10 8 6 4 2 0 Base (Laine de verre) 9,8 9,7 9,7 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! 32 16
Ordre de grandeur des flux 35 air extérieur Vitres 300 25 250 200 Murs 250 20 sol En Watt 33 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. 34 17
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 35 Effusivité Décrit la capacité d un matériau à absorber la chaleur 36 18
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 37 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 Frigocongélateur classe A = 40 W permanent 38 19
Ajout d inertie sur le plancher intermédiaire 10 8 6 4 2 0 9,8 Base (léger / plancher) 2,6 2,4 2,5 2,5 Bois et chape / plancher Bois et chape / carrelage Hourdis / plancher Hourdis / carrelage Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été 39 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 40 20
Ventilation nocturne 1 paramètres clé : -La température de fin de nuit Et pour la ventilation par fenêtres -La vitesse du vent Station Météo de St Etienne 10 Août 2003 45 40 35 30 25 20 15 10 5 0 Potentiel de rafraichissement 0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22 Température d'air Vitesse du vent (rafales en km/h) 41 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) 42 21
Sur ventilation nocturne Passif 10 5 9,8 6 5,1 0 Base (2 vol/h) 4 vol/h 6 vol/h Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été 43 Sur ventilation / Inertie 12 10 8 6 4 2 0 Base (2 vol / h) 6,8 9,8 10,7 6 6,9 3,15 2,8 0 0 0 4 vol / h 6 vol / h 5,6 5,1 Inertie murs et cloisons Inertie cloisons bois Base Sans inertie PLB Légende: % d inconfort ( > 27 C ) sur les 7 semaines d été 44 22
CONCLUSION 45 Stratégie été (sans climatiser) 1. Limitation des apports solaires 2. Limitation des apports internes 3. Inertie thermique etsur ventilation nocturne Autres, dont brassage d air, puits canadien,. Évaluation possible à l aide d une STD 46 23
FIN DE LA PRÉSENTATION 47 24