le confort d’été en...chape / plancher bois et chape / carrelage hourdis / plancher hourdis /...

Le confort d’été en construction ossature bois

Joyeuses, le 17 octobre 2013

Franck JANIN

Présentation d'HELIASOL

• Etudes et conseil en thermique du bâtiment et énergies renouvelables

• Spécialisé en passif & bioclimatique, isolants naturels

• 2 ingénieurs

• Interventions limitées à Rhône Alpes (sauf train / covoiturage)

• Références

– 4 bâtiments « passifs certifiés » sur les 45 certifiés en France

– Diagnostics énergétiques, Copropriétés

HELIASOL 17 Octobre 2013 2

Plan de l’intervention

HELIASOL 17 Octobre 2013

• Les paramètres du confort

• La difficulté du confort d’été

• La méthode / hypothèses de l’étude

• Les résultats

• Retour d’expérience

• Conclusion

3

L’objectif de l’intervention est le confort en logement sans climatiser

LES PARAMÈTRES DU CONFORT


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


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)


Lien T° / Humidité / vitesse d’air

Température / Humidité : 2 zones différentes selon que la vitesse d’air est nulle (en jaune) ou pas


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


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


LA DIFFICULTÉ DU CONFORT D’ÉTÉ


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


Confort

Il reste au moins 4% d’insatisfaits


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


MÉTHODE / HYPOTHÈSES DE L’ÉTUDE


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 T° paroi –T° de l’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


La maison Rdc


La maison R+1


Débords de toit de 40 cm, fenêtre au nu intérieur

17

La maison (façades)

Ouest (20%) et Sud (40%) Est (20%) et Nord (20%)


Modélisation Energy+ DB


Les compositions choisies

• 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


NB : Ce que l’on voit couramment, pas forcément recommandé ni écologique

20

Le lieu, la météo

• Très grande importance de la météo et donc du fichier météo

• Météo de Montélimar

– (Aubenas et St Etienne en comparaison)

– Source Météonorm

• Moyenne des années 1996 à 2005

– Ce n’est donc pas un fichier de « canicule »


LES RÉSULTATS


“essentially, all models are wrong, but some are useful” -

George E. P. Box (b 1919)

Tous les modèles sont faux, mais certains sont utiles

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 21°C, même pour refroidir en fin de nuit (fermeture des fenêtres)


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)


Taux d’inconfort selon météo

0

5

10

15

20

Montélimar Aubenas St Etienne

18.6

6.9

1.6

Passif version Base


Bois / ITI / ITE

Passif 0

5

10

15

20

Base (Ossature bois)

ITI ITE

18.62 18.54

9.44

Comparaison des modes constructifs


Toutes choses égales par ailleurs (seul le mur diffère, mais même R=8)

ITI = Isolation Thermique Intérieure (Parpaing 20 cm, laine verre 32 cm, BA13)

ITE = Isolation Thermique Extérieure (Laine verre 32 cm, parpaing 20 cm, BA13)

Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 8 semaines d’été

26

Exemple de STD sur 2 jours d’été STD : Simulation Thermique Dynamique

19' °C

21' °C

23' °C

25' °C

27' °C

29' °C

31' °C

33' °C

35' °C

0 6 12 18 0 6 12 18

Base

ITE

Extérieur

ITI

heure


Jour 1 Jour 2

27

Déphasage et réduction d’amplitude


Déphasage (en heures)

Réduction d’amplitude (en %)

T°C

Temps

Ordre de grandeur des flux


200 Murs

250

250

Vitres 300

Flux en Watt

35° air extérieur

25°

20° sol

29

Fermeture des volets

RT

Passif

0

10

20

30

40

50

Volets ouverts Base (Volets fermés)

44.7

21.5

42.3

18.6 RT

Passif



30

Apports solaires 1 jour avec et sans volets


• En général, on ferme les volets trop tard

• Volet fermé, il faut continuer de ventiler le matin

Sans volets

Avec volets

Apport solaire Watt

8h 14h

31

Course du soleil


21 juin

21 mars & 21 sept

21 décembre

32

Protections fixes

• Le 21 juin, au zénith, le soleil est à 66°

• Donc le soleil arrivera toujours sur la fenêtre

• Et encore plus si elle n’est pas plein sud


66°

Sud

Et donc le 21 août = 21 avril

Hauteur solaire : 58°

33

Exemples d’occultations


Source : GPF Fermetures (42) Lames orientables Persiennes lames fixes

34

Exemples d’occultations


• Volets à la Niçoise

• Persienne et projection

35

Brise soleil orientable (BSO)

• Avantages

– Bon filtre solaire

– Réglage lumière

– Ventilation

– La chaleur reste dehors

– Pt thermique faible

• Inconvénients

– Prix

– (Anti effraction ?)


Les vitrages à contrôle solaire

• Description

– Vitrage traité avec couches réfléchissantes

– TL =50 % g = 25 %

– Std : TL = 70 % g = 60 %

• Usage

– Plutôt adapté au tertiaire

• Avantages

– Permet de se passer d’occultations (coût total)

• Inconvénients

– Peu d’apports solaires en hiver

– Peu de luminosité intérieure


TL : Taux de transmission lumineuse

g : facteur solaire, taux de transmission de chaleur solaire

37

Protéger aussi le Nord-ouest !

Ne pénalise pas l’hiver Vue de dessus


Arb

res

38

Protections solaires adaptées

Stores verticaux à l’ouest (à lames orientables ci possible)

Stores extérieur à lames orientables au Sud

HELIASOL 17 Octobre 2013 - Lames orientables

- Persiennes bois 39

Ajout d’inertie cloisons

Cloisons 0 5

10 15 20

Base (Placostyl

7 cm)

Carobric 7 cm

Bois massif 10 cm

Carreau platre 10

cm

Brique terre crue

10 cm

18.6 16.1 15.6 14.7

10.2

Cloisons



40

Ajout d’inertie sur faces intérieures des murs

0

5

10

15

20

Base (BA13)

Lambris Fermacell 15mm

Fermacell 30mm

Chaux sable 5

cm

Argile / copeaux 25 mm

Brique terre crue

5 cm

18.6 18.5 17.8 14.8

11.9 11.5 11



13 10 17 34 80 38 100 Kg / m²

Poids de la couche d’inertie par m² de mur

41

Ajout d’inertie dans les murs

0

5

10

15

20

Base (Laine de verre 12 kg/m3)

Laine de bois 50kg/m3

Laine de bois 140 kg/m3

18.6 17.1

13.5


Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été NB : Ne pas extrapoler à d’autres configurations ! Importance des lames d’air, des ossatures, toiture chaudes, bardage, etc…

42

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.


Diffusivité

• Capacité à transmettre une onde de température

– D (diffusivité) = λ / ρ C E = D1/2 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 17 Octobre 2013 44

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 17 Octobre 2013 45

Les apports internes

0

10

20

30

40

2 (Passiv Haus)

3 4 (Base) 5 6

6.6 12

18.6

26.4

34.3



46

Ajout d’inertie sur le plancher intermédiaire

0

5

10

15

20

Base (léger / plancher)

Bois et chape /

plancher

Bois et chape /

carrelage

Hourdis / plancher

Hourdis / carrelage

18.6

12 11.5 11.5 11.4



Conclusion : la chape apporte beaucoup

47

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


Sur-ventilation nocturne

0

5

10

15

20

25

30

35

40

0 2 4 6 8 10 12 14 16 18 20 22

AUB air AUB vent

MTR air MTR vent

1 paramètres clé :

- La température de fin de nuit

Et pour la ventilation par fenêtres

-La vitesse du vent

Source METEOCIEL

Station Météo d’Aubenas et Montélimar le 11 Août 2003


Potentiel de rafraichissement

Température d’air °C et vitesse du vent (km/h)

49

Températures min/max Août 2003

Aubenas Montélimar


Sur ventilation nocturne naturelle

• Implique une surface d’ouverture importante (1 ouverture par pièce)

• Trajet libre (portes ouvertes), ouvertures sur des façades opposées, différences de niveau (tirage thermique)

• Masse thermique accessible à l’air (éviter moquettes et faux plafonds)


Sur ventilation nocturne

0

5

10

15

20

Base (2 vol/h) 4 vol/h 6 vol/h

18.6

8.7 5.6

Passif



52

RETOUR D’EXPÉRIENCE


www.maisondesaines.com

Maison des Aînés – Montbrison (42)

MOE conception: Ateliers r+

MOE exécution: Archipente

BE thermique: HELIASOL HELIASOL 17 Octobre 2013

SYSTEME CONSTRUCTIF

CONFORT D’ÉTÉ

• Capteurs température / humidité pendant l’été

• Comparaison par rapport à la canicule de 2003

• Comparaison par rapport au PHPP

• Sur ventilation nocturne par ouverture de fenêtre

• VMC avec by-pass automatique,

• débits idem hiver




BE thermique: HELIASOL

Confort d'été PHPP labelPHPP

recaléMesure

% surchauffe % 0% 0% 3%

Elevation

température été°C 0.51 0.51 0.55


MÉTÉO AOÛT 2012 (17 AU 24)


0

10

20

30

40

Te

mp

éra

ture

s (

°C

)

Date/heure

Périodes comparées 2003/2012 sur Saint-Etienne -

T et vitesse de vent horaires moyennes (METEOCIEL)

2003 (6 au 13 août) 2012 (17 au 24 août)

2012 vent (17 au 24 août) 2003 vent (6 au 13 août)

Linéaire (2003 vent (6 au 13 août))

INERTIE SÉQUENTIELLE





10

15

20

25

30

35

40

16/8 17/8 18/8 19/8 20/8 21/8 22/8 23/8 24/8 25/8

Local technique Chambre Sud RdC Séjour RdC Cuisine RdC

Séjour R+1 Cuisine R+1 EXTERIEUR


GAINE TECHNIQUE





20

30

40

50

60

70

80

90

100

10

15

20

25

30

35

40

16/8 17/8 18/8 19/8 20/8 21/8 22/8 23/8 24/8 25/8 26/8

Local technique EXTERIEUR Retour panneaux solaires

Températures en degré °C HELIASOL 17 Octobre 2013

CONCLUSION


Stratégie été (sans climatiser)

1. Limitation des apports solaires

2. Limitation des apports internes

3. Inertie thermique suffisante et accessible (cloisons, face intérieure des murs planchers et plafonds) et sur-ventilation nocturne

• Autres, dont brassage d’air, puits canadien,

Évaluation possible à l’aide d’une STD


Les limites de la sur-ventilation naturelle nocturne

• Zones de bruit, risque d’effraction

• Moustiques

– Les moustiquaires réduisent la sur-ventilation

• Courants d’air excessifs

• L’absence de vent en canicule

• Les îlots de chaleurs (centre ville surchauffé)


Récapitulatif des résultats Variation par rapport à la base

-15

-10

-5

0

5

10

15

20

25

Δ Max

Δ Min


Récapitulatif

• Maisons ossature bois pas moins bonnes que l’ITI

• Maisons passives à confort d’hiver excellent mais pas forcément meilleures en été


Version améliorée confortable à Montélimar

0

5

10

15

20

Base Améliorée

18.6

1.3

• Améliorations

• Murs avec terre crue 5 cm

• Plancher intermédiaire avec chape

• Réduction des apports internes 1 W/m²

• Sur-ventilation 3 vol/h (au lieu de 2 vol/h)



7 jours chauds version base et améliorée


Améliorations • Murs avec terre crue 5 cm • Plancher intermédiaire avec chape

• Réduction des apports internes 1 W/m² • Sur-ventilation 3 vol/h (au lieu de 2)

T Ext

T° version base

T° version améliorée

66

FIN DE LA PRÉSENTATION MERCI


Effusivité

• Décrit la capacité d’un matériau à absorber la chaleur


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


Modèle résultat

RT

Passif

0

10

20

30

40

Volets ouverts Volets fermés

32

13

28

9 RT

Passif


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


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 paramètre


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.


le confort d’été en...chape / plancher bois et chape / carrelage hourdis / plancher hourdis /...

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