Etude thermique de la maison

Publié le 28 octobre 2016, mise à jour le 23 novembre 2016
par Michel et Marie-Andrée Gazeau

(Document en cours de rédaction.
Les plans sont fournis au format PDF, permettant d’imprimer les plans en respectant l’échelle)

Mr Ivan PUJOL, professeur à l’École nationale d’ingénieurs de Tarbes (ENIT) et Gaël FARIGOULES, directeur des études de IUT Tarbes, nous proposent de soumettre à leurs étudiants une approche complète de notre maison et de notre démarche.

Cette étude pourrait permettre de valider (ou mettre en doute !) notre bilan énergétique et de simuler différentes nouvelles options pour de nouveaux projets : surface des capteurs, épaisseur des isolants, dimensions des murs chauffants, type et rendement de la chaudière, etc...

Elle pourrait aussi porter sur les calculs de structure de l’ossature :
- fondations en sec
- dalle à inertie thermique en sec
- résistance aux ouragans et aux séismes
- industrialisation du procédé de constrictions
- faisabilité d’une entreprise de production de bâtiments basés sur ce type de structure

Quelques pistes pour cette étude

- modéliser le comportement thermique de la maison :

  • sur une saison de chauffage
  • sur des épisodes climatiques extrêmes

- fournir une analyse critique thermique de la maison :

  • avantages
  • inconvénients

- évaluer différentes modifications :

  • division des capteurs solaires en plusieurs sections verticales, raccordées en Tinkelman
  • augmentation des inerties thermiques
  • augmentation des protections solaires, etc...

- apporter des suggestions d’amélioration

- fournir un outil de calcul thermique en ligne pour ce type de maison

Étude thermique

Pour pouvoir réaliser cette étude, voici les caractéristiques techniques de la maison :
1- plans cotés du bâtiments
2- descriptif des matériaux utilisés pour l’isolation
3- inertie thermique du bâtiment
4- Renouvellement d’air
5- dimensions du capteur solaire thermique
6- caractéristiques du poêle à bois pour le chauffage d’appoint
7- caractéristiques de l’installation photovoltaïque
8- données géographiques et climatiques - Masques solaires - Usage de la maison

1- Plans cotés du bâtiments

Plan échelle 1/50

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Coupe échelle 1/50

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2- Descriptif des matériaux utilisés pour l’isolation

2.1- Murs de l’habitation
Les trois murs de l’avancée d’entrée au Nord et le mur Nord :
- bardage extérieur en résineux auto-clavé de 20mm d’épaisseur
- vide d’air faiblement ventilé de 20mm
- pare-pluie
- bardage en pin Douglas de 20mm d’épaisseur
- isolation en ouate de cellulose de 227mm d’épaisseur
- film pare-vapeur
- lambris en pin du nord 9mm d’épaisseur
Le mur Est est identique à l’exception du parement   extérieur :
- 12mm de mortier d’enduit bâtard
- 12mm de mortier de ciment dosé à 400kg/m3, armé de fibres
Le mur Sud est un mixte des deux types de murs dans la proportion :
- 50 % enduit
- 50% bardage
Le mur Ouest est un mixte des deux types de murs dans la proportion :
- 15 % enduit
- 85% bardage
Le bâtiment est à ossature bois. Les murs sont constitués de poteaux porteurs en pin Douglas de 200x27mm, avec un entraxe de 1000mm (pont thermique)
Au sous-sol les murs sont identiques, mais sans isolant, pare-vapeur ni lambris.
Dans les combles les murs sont identiques aux murs de l’habitation.

2.2- les planchers entre sous-sol et habitation :
- les solives sont constituées de 2 bastaing jumelés de 200x27mm, espacés de 27mm. L’espace entre les deux est rempli avec de la chènevotte (paille de chanvre pour la construction)
Un talon   de 125x27mm en pin est fixé horizontalement sous les deux solives. Sur les bord de ce talon   repose une plaque de BA13 sur laquelle repose de la ouate de cellulose :
- 200 mm pour le plancher entre sous-sol et habitation
- 235 mm entre habitation et combles

Le plancher de l’habitation est constitué d’un plancher de pin de 27mm d’épaisseur qui repose sur les solives. Sur ce plancher viennent reposer des dalles en béton vibré 500x500mm et de 50mm d’épaisseur, sur lesquelles est collé un carrelage en grès de 10mm. Chaque dalle repose sur 5 patins de liège 80x40mm et de 8mm d’épaisseur. Là où il n’y a pas de patin, il y a un vide d’air non ventilé de 8mm.

Pour la chambre et les placards du dressing, les dalles sont remplacées par un parquet de pin des Landes de 20mm d’épaisseur posé sur des lambourdes de 70x27mm posées sur chant  . Pour amortir les bruits de plancher, les lambourdes reposent sur des patins de liège de 8mm d’épaisseur placés entre solives et lambourdes.

Le plancher entre habitation et combles est identique au plancher de la chambre.

2.3 Les combles isolés
La toiture est constituée :
- ardoises 4/5mm
- liteau   à ardoise 50x20mm - vide d’air faiblement ventilé de 20mm
- film pare-pluie
- talon   raidisseur   de chevron 75x27mm fixé sur les chevrons
- chevron en pin douglas 300x27mm, avec un entraxe de 500mm
- pare-vapeur
- lambris 9mm
L’espace entre pare-pluie et pare-vapeur reçoit :
- un vide d’air non ventilé de 27mm
- un film multi-réflecteur 24 composants de 25mm d’épaisseur
- de la ouate de cellulose sur 275mm d’épaisseur

Pour le moment les combles ne sont pas aménagés, ils ne servent pas d’espace d’habitation. A titre expérimental, en hiver ils sont chauffés par récupération de chaleur du conduit de fumée qui traverse les combles jusqu’au faîtage dans un caisson pare-feu en 2xBA13.

Le sous-sol (niveau 1) n’est pas isolé. L’ossature et les parements extérieurs sont identiques, mais il n’y a ni isolant, ni lambris coté intérieur.
Seul l’arrière des capteurs solaires sont isolés de la me manière qu’au niveau de l’habitation.

2.4 Portes et surfaces vitrées

Type de menuiserie :
- Chêne d’Europe abouté et certifié PEFC.
- Épaisseurs : ouvrant 46mm et dormant 45mm.
- Double vitrage : 24mm Énergie STAR® intercalaire noir traité faible émissivité avec gaz argon - Uw 1,5.
- Haute Isolation Thermique : Ug = 1.1 et Haute Isolation Acoustique : AC1 (RA ; tr = 28dB).
- Étanchéité : A*4 E*6B V*A2
- Joint d’isolation thermique et acoustique. Joint de vitrage assorti et intercalaire de vitrage noir.

La partie habitée (niveau 2) :
- 1 porte d’entrée 94x218cm pleine isolée, avec un imposte 50x27cm double vitrage argon+
- 4 fenêtres 80x115cm
- 1 porte fenêtre 145x218cm
- 1 fenêtre 40x60cm (salle d’eau)
- 3 châssis fixes simple vitrage 5mm 45x215cm (châssis solaire passif)
Tous les ouvrants (sauf la porte d’entrée) disposent d’un volet intérieur super-isolant.
tous les volets sont composés :
- 1 parement   intérieur lambris pin du nord 9mm, revêtu, coté isolation, d’un film réfléchissant
- 1 lame d’air 20mm non ventilée (à 2 faces réfléchissantes)
- 1film multi-réflecteur 24 composants
La surface coté vitrage des volets est la face réfléchissante de l’isolant. En été, quand les volets sont fermés, les rayons lumineux du soleil sont réfléchis vers l’extérieur.
Le volet de la porte fenêtre comporte en plus :
- 1 deuxième lame d’air 20mm non ventilée (à 2 faces réfléchissantes)
- 1 deuxième film multi-réflecteur 24 composants

En hiver le volet isolant du châssis solaire passif est fermé dès que les apports solaires sont inférieurs aux déperditions.
Les autres sont fermés de 6h du soir à 8h du matin.

Combles (niveau 3)
- 1 fenêtre 60x75cm (pignon Est)
- 1 fenêtre 65x100cm (pignon Ouest)

3- Inertie thermique du bâtiment

3.1- au sol de l’habitation(sauf chambre)
- dalles de béton vibré de 500x500x50mm
- recouvertes avec des carreaux de grès 500x500x10mm collé au mortier colle 3mm

3.2- dans les murs de l’habitation
Les murs chauffants sont constitués d’un mur de béton banché saturé en pierre calcaire froide, parcouru par des tubes verticaux en cuivre diamètre 10/12mm entraxe 250mm.
La partie habitation dispose de 2 murs chauffants.
Caractéristiques des murs chauffants

Un 1er mur chauffant, entre bureau et salle d’eau,en béton :
- hauteur 2.10m
- longueur 1.70m
- une face en BA13
- béton de pierre épaisseur 130mm
- une une face en enduit bâtard plâtre-chaux-sable de 17mm d’épaisseur
- épaisseur totale 160mm

Un deuxième mur chauffant, entre séjour et chambre :
- hauteur 2.10m
- longueur 2.10m
avec, coté chambre :
- un parement   en BA13
- une lame d’air 20mm non ventilée
- un film multi-réflecteur 24 composants épaisseur 25mm
coté séjour :
- une lame d’air de 25mm, à circulation d’air par thermosiphon, contrôlée par des clapets en sortie haute
- un film multi-réflecteur 24 composants
- un parement extérieur en lambris pin du nord 9mm
- épaisseur totale : 13 +20 + 25 + 200 + 25 + 9 = 292mm

Pendant la journée les clapets sont fermés, les apports solaires sont stockés dans le mur chauffant. Le lendemain matin les clapets sont ouverts pour permettre de restituer les apports solaires au moment où la maison est la plus froide, en attendant de nouveaux apports solaires directs par les châssis solaires passifs.
Quand il n’y a pas de soleil, cela permet d’attendre le soir pour mettre en route le poêle-chaudière à bois d’appoint. Le poêle à pot bouilleur est ainsi utilisé pendant peu de temps (2 ou 3 heures) à bon régime, à son meilleur rendement. Pendant son fonctionnement les clapets du mur chauffant sont fermés, comme pendant les apports solaires, pour stocker la chaleur dans le mur chauffant et les restituer le lendemain matin.

4- Renouvellement d’air

D’une manière générale la ventilation est assurée en partie par la perméabilité des ouvrants (Étanchéité : A*4 E*6B V*A2)

Cuisine :
Hotte aspirante Lagan murale à 3 vitesses.
- Puissance moteur : 140W.
- Capacité d’extraction maxi : 322 m³/h
- Débit d’air mesuré au point de rendement maximal : 175 m3/h
- Indice d’efficacité énergétique : 84,3

Séjour :
Arrivée d’air basse pour poêle à bois
- Section 400cm2 (air extrait du sous-sol)
- Extraction d’air naturelle par le conduit de fumée du poêle (qu’il soit allumé ou pas)

Chambre :
L’hiver la porte de la chambre est fermée la nuit et la fenêtre est toujours laissée entre-baillée, même par grand froid. Nous disposons d’une couette très épaisse en laine de mouton. La température de la chambre peut descendre jusqu’à 14°C, voire 12°C.

Salle d’eau :
- la fenêtre 40x60cm est ouverte en fonction des besoins

Volontairement la maison ne dispose pas de ventilation mécanique (VMC) Voir notre article : Maison à énergie positive

5- Dimensions du capteur solaire thermique

Hauteur des capteurs : 500 cm
Largeur des capteurs : 45 cm
Nombre de capteurs : 4
Descriptif
- une vitre verre clair 5mm
- une lame d’air non ventilée : 23mm
- un insolateur tôle d’acier laquée époxy noir mat : 0.9mm
- une lame d’air non ventilée : 23mm
- un film multi-réflecteur 24 composants épaisseur 25mm
- une lame d’air non ventilée : 20mm
- laine de bois 150mm
- film pare-vapeur
- lambris pin du nord 9mm

Plan et coupe échelle 1/10

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Pour plus de détails voir la rubrique Mur solaire chauffant

6- Caractéristiques du poêle à bois pour le chauffage d’appoint

Poêle chaudière Charnwood Country 16B :
- Puissance fournie à la pièce : 7.3kW
- Puissance fournie à la chaudière : 8.0kW
- Rendement : 75%
- Émission CO : 0.97%

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7- Caractéristiques de l’installation photovoltaïque

- Date de mise en service : 2010
- Puissance installée (kW crête) : 2,100kWc
- Type de pose : intégrée dans la toiture
- Fournisseur panneaux photovoltaïques : Sanyo
- Fournisseur onduleur : SMA Sunny Boy1100E
- Prix de rachat par EDF (€/kWh) : env. 0.64€ (indexé au cours de l’énergie)
- Production moyenne annuelle : 2700kWh
Pour plus de détails voir l’article Installation photovoltaïque

8- Données géographiques et climatiques - Masques solaires - Usage de la maison

Situation géographique
- Lourdes
- Longitude : -0.045°
- Latitude : 43.095°
- Altitude : 380m
La maison est située dans le quartier le plus au sud de la ville, sur le versant plein sud d’un petit vallon. Elle est protégée des vents d’est par le pic du Jer (930m) et des vents d’ouest par le Béout (791m). Ce quartier bénéficie d’un micro-climat légèrement plus doux en hiver, mais plus chaud en été (entre 1et 3°C).

Masques solaires

Source :Géoportail - IGN

En hiver le soleil se lève plus tard et se couche plus tôt à cause de ces deux masques.
Un petit immeuble de 4 étages est situé à 30°sur la gauche de la maison, a une distance de 18m de l’angle sud ouest. Sa hauteur est d’environ 15m. Il constitue un masque solaire non négligeable, surtout pour le capteur solaire thermique. Le capteur photovoltaïque est un peu moins impacté car il est situé beaucoup plus haut et sur le coté est de la maison.

Habitudes de vie
La maison est habitée toute l’année.
Le matin, dans la pièce à vivre, nous n’allumons le poêle que si la température reste inférieure à 17°C après avoir ouvert les clapets du mur chauffant.
C’est une maison à basse technologie : il n’y a pas d’électronique, la circulation de l’eau chaude dans les murs se fait par thermo-circulation. Nous gérons manuellement les commandes en fonction des paramètres climatiques et de leur évolution probable dans les 24 heures :
- ouvrir ou non les clapets du mur chauffant
- ouvrir ou non les différents volets isolants
- allumer ou non le poêle
- à quelle heure l’allumer et pour combien de temps.
par l’expérience nous avons développé une connaissance très sensible de notre environnement climatique.


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