CC/AC dans les bâtiments bien isolés

CC/AC dans les bâtiments bien isolés

Dans un bâtiment énergétiquement efficace, les besoins en chauffage sont faibles et peuvent donc être satisfaits par un système de ventilation. Par exemple, dans un bâtiment passif, la puissance maximum nécessaire au chauffage est de l'ordre de 10 à 15 W/m2, soit 1,0 à 1,5 kW de puissance totale nécessaire pour une surface de 100 m2. Un système de chauffage classique utilisant des radiateurs ou un plancher chauffant n'est donc plus nécessaire, la chaleur étant acheminée par le biais de la ventilation.

Il existe deux alternatives principales:

  • l'air peut être chauffé immédiatement de façon centralisée avant de quitter le système de ventilation ou
  • il peut être chauffé séparément pour chaque pièce au niveau des terminaux de ventilation.

La première alternative produit un air de température égale dans chaque pièce. Dans le second cas, la température de l'air peut être réglée pour chaque pièce.

Dans un bâtiment énergétiquement efficace doté d'une bonne isolation thermique de l'enveloppe, un bon niveau de confort thermique peut être atteint en conservant une température ambiante basse. L'objectif de température ambiante lors de la conception est généralement de 20–21 °C.

Le chauffage par le sol est utile dans les salles de bain, puisqu'il offre un certain confort et permet un séchage rapide des sols. Cependant, la température du sol doit être maintenu à un niveau plus bas que pour un chauffage au sol classique, afin d'éviter le surchauffage. La température du sol doit être supérieure de seulement 1-3 °C à celle de l'air. Dans les autres pièces, il convient d'éviter les grandes surfaces de chauffage au sol.

La différence de température verticale dans les pièces doit être inférieure à 2 °C entre 0,1 m et 1,1 m, soit entre les chevilles et le cou d'une personne assise.

Le chauffage solaire passif fait partie des systèmes de chauffage passif d'une habitation. La température des diverses pièces varie du fait de la charge solaire et des charges internes. Par conséquent, un système de commande de la température de chaque pièce est recommandé. La période de chauffage d'une maison passive est plus courte que celle d'une maison classique. La charge de chauffage solaire peut entraîner un surchauffage dès les premières semaines du printemps. Par conséquent, un moyen de limiter l'apport de chaleur peut s'avérer utile afin d'éviter d'avoir recours au refroidissement.

La conception de la maison doit créer une solution de refroidissement passive. Celle-ci peut inclure l'ombrage des fenêtres, le refroidissement nocturne à l'aide de la ventilation, ainsi qu'une utilisation efficace de la ventilation en journée (voir la figure ci-dessous). L'air de renouvellement de la ventilation peut être acheminé à partir de la façade nord de la maison. Il est possible d'utiliser la chaleur du sol pour préchauffer l'air frais en hiver et le refroidir en été. Le préchauffage de l'air frais en hiver réduit le risque de refroidissement lié à l'admission d'air de la ventilation et améliore le taux d'utilisation.

Les fenêtres ombragées et les stores rouleaux occultants sont les méthodes passives les plus efficaces.

Réduction des besoins de refroidissement à l'aide de moyens passifs


Une attention particulière doit être prêtée à la taille des foyers lors de leur sélection : les besoins en chauffage d'une maison passive étant réduits, la puissance calorique du foyer doit l'être également. La capacité de réserve de chaleur et la puissance de rayonnement calorique d'un foyer sont directement comparables à sa masse.

Taux de ventilation et récupération de chaleur

Les réglementations relatives à la construction requièrent habituellement un taux de ventilation minimum de l'ordre de 10 à 15 L/s par personne, soit environ 1 L/s par m2 dans un immeuble de bureau avec une densité d'occupation normale et 0,5 renouvellements d'air par heure dans les espaces de vie d'un immeuble résidentiel.

Un exemple de taux de ventilation pour les bureaux en fonction de la charge polluante répartie en trois catégories (CEN 1752):

Catégorie  Occupants seuls Matériaux faiblement polluants Matériaux hautement polluants
   l/sm2  l/sm2 l/sm2 
 A 1.0 2.0  3.0 
 B 0.7  1.4  2.1 
 C 0.4  0.8  1.2 


Lors de la définition du taux de ventilation, la concentration en dioxyde de carbone peut être utilisée comme substitut aux taux de ventilation, mais cette utilisation demeure incertaine car sa concentration dans les bâtiments atteint rarement un état stable du fait des variations du nombre d'occupants, des taux de ventilation et de la concentration de l'air extérieur. Des valeurs stables de la concentration en dioxyde de carbone peuvent être calculées à partir d'une génération de CO2 de 0,00567 L/s par occupant dans les immeubles de bureaux.

La densité énergétique dans l'air sortant est élevée. La récupération de chaleur est une façon économique de réduire les coûts d'énergie et de fonctionnement de la ventilation. La récupération de chaleur est plus facile avec des flux d'air élevés et des températures extérieures faibles. Les valeurs limites peuvent être définies pour une efficacité minimum de récupération de chaleur et la taille du système de gestion de l'air lorsque la récupération de chaleur est appliquée. À ce jour, les codes de la construction imposent une efficacité annuelle de l'ordre de 30 à 40 %. Pour un bâtiment passif, une efficacité annuelle minimum de 75 % est exigée. Les échangeurs caloriques modernes peuvent atteindre des taux de récupération de 90 % des déperditions de chaleur. Cependant, dans les climats froids, l'efficacité sera plus faible du fait du besoin de dégel de l'unité d'échange calorique.

L'air frais admis peut être préchauffé avant son entrée dans le système afin d'éviter le gel de l'échangeur calorique. Un échangeur calorique au sol, destiné à préchauffer l'air admis, permet de réduire, voire d'éliminer, le besoin de dégel. Un échangeur calorique enterré n'est pas recommandé dans les climats froids, à cause des risques de condensation de l'humidité et des problèmes d'hygiène en découlant. Un système de boucle enterrée avec un échangeur calorique pour le préchauffage de l'air frais a été testé avec succès dans un bâtiment passif Paroc pilote.

La chaleur ou la fraîcheur du sol peuvent être mises à contribution en utilisant un liquide circulant dans une tuyauterie installée au sol. Dans ce cas, le système contient un échangeur calorique, une pompe et un puits ou une tuyauterie enterrée. La puissance de préchauffage ou de refroidissement requise détermine la longueur de la tuyauterie ou la profondeur du puits. Une tuyauterie enterrée horizontale produit une puissance de chauffage de 10 à 20 W/m².

 
Isolation des systèmes CC/AC

Dans les bâtiments modernes, étanches et à faible consommation énergétique, les systèmes de chauffage central et de climatisation (CC/AC) sont de plus en plus importants. L'air chauffé et refroidi doit conserver sa température jusqu'à ce qu'il atteigne sa destination. Toute déperdition de chaleur doit être ventilée, ce qui entraîne une consommation d'énergie supplémentaire.

Il est par conséquent important de considérer non seulement la température finale, mais également les déperditions de chaleur. Même une modification très légère de la température finale peut représenter une déperdition de chaleur significative.

Exemple de calcul:
Température et déperdition de chaleur dans un conduit de ventilation

Dimension:  315 mm 
Longueur:  30 mm 
Température ambiante:  20°C 
Vitesse de l'air:  3 m/s
Température environnante: 6°C 

Épaisseur
d'isolation
Déperdition
de chaleur, W 
Température
finale, °C 
Sans isolation 2607  12.9 
80 mm 226  19.3 
150 mm  143  19.5 


Exemple de calcul:
Déperdition de chaleur sur un tuyau d'eau chaude

La tuyauterie fait partie intégrante des systèmes CC/AC et doit être isolée afin de réduire la consommation énergétique et les coûts de fonctionnement. Une isolation thermique permet de maintenir la température de l'eau dans la tuyauterie dans une plage correcte.

Dimension du tuyau:  22 mm 
Température de l'eau:  55°C 
Température environnante: 20°C 

Isolation Valeur λ
W/m°C 
Épaisseur d'isolation Déperdition de chaleur, W/m Déperdition de chaleur,
kWh /m, year 
Sans isolation  - 0 mm  40 350 
PAROC Hvac Section  0.035 20 mm   6.0 52
PAROC Hvac Section  0.035 40 mm  4.5 39
PAROC Hvac Section  0.035 60 mm  3.8 33


En outre, les installations froides nécessitent une isolation suffisante à la fois pour empêcher la condensation et pour réduire les coûts. En général, réduire la température d'un degré coûte trois fois plus que de l'augmenter d'un degré.

Le maintien de la température de l'eau revêt également un aspect sanitaire. Si la température de l'eau chaude chute trop, il existe un risque de propagation de maladies telles que la légionellose ou la fièvre de Pontiac par le circuit d'eau chaude. Les bactéries se développement à des températures comprises entre 25 et 45 °C, avec un optimum à 35 °C.

Utilisez le programme de calcul PAROC Calculus pour savoir quel type d'isolation est nécessaire à votre projet.