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Le confort d’été en construction ossature bois
Chambéry, ASDER, le 23 juin 2014
Franck JANIN
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Présentation d'HELIASOL
• Etudes et conseil en thermique du bâtiment et énergies renouvelables
• Spécialisé en passif & bioclimatique, isolants naturels
• 2 ingénieurs
• Interventions limitées àRhône Alpes (sauf train / covoiturage)
• Références
– 4 bâtiments « passifs certifiés » sur les 45 certifiés en France
– Diagnostics énergétiques, Copropriétés
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Plan de l’intervention
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• Les paramètres du confort
• La difficulté du confort d’été
• La méthode / hypothèses de l’étude
• Les résultats
• Retour d’expérience
• Conclusion
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L’objectif de l’intervention est le confort en logement sans climatiser
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LES PARAMÈTRES DU CONFORT
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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– Boire froid ou chaud
– Douche froide ou chaude
• Aspect psychologique
• Météo des jours précédents
• Habillement
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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)
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Lien T° / Humidité / vitesse d’air
Température / Humidité :
2 zones différentes selon que la vitesse d’air est nulle (en jaune) ou pas
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Humidité relative
• Exemple comparatif
– Même rayonnement solaire
– Même conditions de vent
– Même température extérieure
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Vitesse de l’air, été
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LA DIFFICULTÉ DU CONFORT D’ÉTÉ
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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
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Confort
Il reste au moins 4% d’insatisfaits
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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 derafraichissement
• L’excès d’humidité ne peut être évacué et empêche unrafraichissement par évaporation
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MÉTHODE / HYPOTHÈSES DE L’ÉTUDE COMPARATIVE
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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
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La maison Rdc
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La maison R+1
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Débords de toit de 40 cm, fenêtre au nu intérieur
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La maison (façades)
Ouest (20%) et Sud (40%) Est (20%) et Nord (20%)
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Modélisation Energy+ DB
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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
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NB : Ce que l’on voit couramment, pas forcément recommandé ni écologique
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Le lieu, la météo
• Très grande importance de la météo et donc du fichier météo
• Météo de St Etienne
– Source Météonorm
• Moyenne des années 1996 à 2005
– Ce n’est donc pas un fichier de « canicule »
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LES RÉSULTATS
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“essentially, all models are wrong, but some are useful” -George E. P. Box (b 1919)
Tous les modèles sont faux, mais certains sont utiles
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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)
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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)
– Simulation d’environ 1000 heures 1% ≈ 10hHELIASOL 23 juin 2014 24
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Taux d’inconfort selon météo
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Bois / ITI / ITE
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Toutes choses égales par ailleurs (seul le mur diffère)ITI = Isolation Thermique Intérieure
Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 8 semaines d’été
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Exemple de STD sur 2 jours d’été
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Jour 1 Jour 2
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Déphasage et réduction d’amplitude
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Déphasage (en heures)
Réduction d’amplitude (en %)
T°C
Temps
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Ordre de grandeur des flux
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Soleil 2000500 de diffus
5050
200 Murs
250
250
Vitres 300
Flux en Watt
35° air extérieur
25°
20° sol
VMC DF 50
VMC PC 125
29Plein soleil : 1000 W/m²
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Fermeture des volets
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Apports solaires 1 jour avec et sans volets
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• 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
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Course du soleil
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21 juin
21 mars & 21 sept
21 décembre
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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
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66°
Sud
Et donc le 21 août = 21 avrilHauteur solaire : 58°
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Exemples d’occultations
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Source : GPF Fermetures (42)Lames orientablesPersiennes lames fixes
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Exemples d’occultations
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• Volets à la Niçoise
• Persienne et projection
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Brise soleil orientable (BSO)
• Avantages
– Bon filtre solaire
– Réglage lumière
– Ventilation
– La chaleur reste dehors
– Pt thermique faible
• Inconvénients
– Prix
– (Anti effraction ?)
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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 luminositéintérieure
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TL : Taux de transmission lumineuseg : facteur solaire, taux de transmission de chaleur solaire
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Protéger aussi le Nord-ouest !
Ne pénalise pas l’hiver Vue de dessus
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Arb
resArbres Feuillus
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Soleil utile hiver Soleil nuisible été
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Protections solaires adaptées
Stores verticaux àl’ouest (à lames orientables ci possible)
Stores extérieur à lames orientables au Sud
HELIASOL 23 juin 2014- Lames orientables- Persiennes bois 39
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Ajout d’inertie cloisons
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Ajout d’inertie sur les murs (face intérieure)
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Matériaux à changement de phase
• Non testé en réel
• 5 mm à 9 mm d’enduit changeant de de phase, solide à liquide vers les 25° (selon produits)
• Souvent à base de paraffine (raffinage du pétrole)
• Résultat simulation : pas meilleur que la terre crue
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Rouge : T extérieureVert : baseBleu : 5 cm Terre crueGris : produit 28° 9 mmRose : produit 21.7°C 5 mm
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Ajout d’inertie dans les murs
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’étéNB : Ne pas extrapoler à d’autres configurations !
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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.
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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 élevéeHELIASOL 23 juin 2014 45
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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 permanentHELIASOL 23 juin 2014 46
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Les apports internes
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
47
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Ajout d’inertie sur le plancher intermédiaire
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Sur ventilation nocturne
• Ventilation nocturne mécanique
– Limitée en débit et encombrante
– Consommations électriques importantes
• Ventilation nocturne naturelle
– Ventilation économique et écologique
– Plus complexe à concevoir
• Ouvertures entières, traversantes, tirage thermique
• Pb : bruit, moustiques, ilots de chaleur
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Sur ventilation nocturne
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Couplage Sur ventilation / Inertie
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Légende: % d’inconfort ( > 27°C ) sur les 7 semaines d’été
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Sur-ventilation nocturne1 paramètres clé :
- La température de fin de nuit
Et pour la ventilation par fenêtres
-La vitesse du vent
Source METEOCIEL
Station Météo de Chambéry et BSM Bourg St Maurice le 11 Août 2003
HELIASOL 23 juin 2014
Potentiel derafraichissement
Température d’air °C et vitesse du vent (km/h)
52
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T° de fin nuit, Août 2003 àstation météo Bourg st Maurice
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Température journalière maxi en rougeTempérature journalière minimale en bleuSource météociel
Max 18°C
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RETOUR D’EXPÉRIENCE
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www.maisondesaines.com
Maison des Aînés – Montbrison (42)MOE conception: Ateliers r+ MOE exécution: Archipente
BE thermique: HELIASOLHELIASOL 23 juin 2014
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SYSTEME SYSTEME SYSTEME SYSTEME CONSTRUCTIFCONSTRUCTIFCONSTRUCTIFCONSTRUCTIF
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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-passautomatique,
• débits idem hiver
Maison des Aînés – Montbrison (42)MOE conception: Ateliers r+ MOE exécution: Archipente
BE thermique: HELIASOL
Confort d'été PHPP labelPHPP recalé
Mesure
% surchauffe % 0% 0% 3%
Elevation température été
°C 0.51 0.51 0.55
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MMMMÉÉÉÉTTTTÉÉÉÉO AOO AOO AOO AOÛÛÛÛT 2012 T 2012 T 2012 T 2012 (17 AU 24)(17 AU 24)(17 AU 24)(17 AU 24)
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INERTIE SÉQUENTIELLE
Maison des Aînés – Montbrison (42)MOE conception: Ateliers r+ MOE exécution: Archipente
BE thermique: HELIASOLHELIASOL 23 juin 2014
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GAINE TECHNIQUE
Maison des Aînés – Montbrison (42)MOE conception: Ateliers r+ MOE exécution: Archipente
BE thermique: HELIASOLTempératures en degré °C
HELIASOL 23 juin 2014
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CONCLUSION
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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 STDHELIASOL 23 juin 2014 62
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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)
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Ventilation nocturne1 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 2003
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Potentiel derafraichissement
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Récapitulatif des résultatsVariation par rapport à la base
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Récapitulatif
• Maisons ossature bois pas moins bonnes que l’ITI
• Maisons passives à confort d’hiver excellent mais pas forcément meilleures en été
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Autres paramètres non étudiés
• Terre plein ou vide sanitaire
• Bardage (épaisseur de la lame d’air) ou crépis
• Ventilation des combles
• Ventilation en sous face des tuiles
• Puits canadien géothermique
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Bureaux / Tertiaire
• Forts apports internes (écoles, salle de spectacles, de réunion) mais intermittents
– 1 PC et une personne = 160 W dans un bureau de 10 m², 16 W / m²
• Solutions pour éviter de climatiser :
– Forte inertie et forte sur ventilation nocturne
– Réduction des apports internes et solaires
– Brassage d’air (pour le ressenti)
– Travailler peu habillé, travailler le matin, HELIASOL 23 juin 2014 68
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FIN DE LA PRÉSENTATIONMERCI
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