le "CAPTEUR SOLAIRE BRETON" ou ... (Francis Le Bris)

CHAUFFAGE SOLAIRE ACTIF A ACCUMULATION

   (SYSTÈME A CIRCULATION D'AIR AVEC ACCUMULATION EN MASSE THERMIQUE SOUS L'HABITAT)

Conception architecturale et technique  - Habitat bioclimatique et écologique

Maîtrise de l’eau, de l’air et de l’énergie - Géobiologie - Feng Shui

Conseil - Etudes - Maîtrise d’œuvre - Formation

Tel : 02 97 24 60 81 - Courriel : f.lebris@wanadoo.fr

CLAUSES GÉNÉRALES

Préambule important : ce système est très simple dans son fonctionnement et sa réalisation pratique, même pour des particuliers bons "bricoleurs". Néanmoins, l'étude technique qui permet sa conception et son dimensionnement est complexe et assez lourde à mener. J'attire l'attention sur le fait que, pour que ce système fonctionne bien, il faut que  la conception architecturale et technique du bâtiment soit menée de manière globale en tenant compte de nombreux éléments cumulés. En conséquence, cela ne supporte pas d'approche approximative….

Nota : ce système ne doit pas être considéré comme un système de chauffage au sens classique. Il faut le considérer plutôt comme un régulateur thermique constituant un complément efficace dans un bâtiment conçu suivant les principes de l'architecture solaire passive. Il limite à la fois les baisses de température d'hiver et les surchauffes d'été, apportant un plus évident à l'usage en matière de confort et d'économie. Les expériences et contrôles  réalisés sur les premiers chantiers ont montré, en autres, qu'en cas d'inoccupation prolongée en plein hiver, la température d'ambiance, sans chauffage d'appoint, d'une maison bien conçue dans ce cadre ne descend pas en dessous de 13/14°, grâce à l'action conjuguée des apports passifs et de la masse thermique.

PRINCIPE :            

                        L'air chaud est capté soit directement sous la toiture (si matériaux de couverture compatibles), soit par l'intermédiaire d'un ou plusieurs capteurs à air réalisés sur place ou bien encore directement dans le volume intérieur du bâtiment (dans ce cas, le système sert aussi de possibilité de rafraîchissement d'ambiance l'été).

                        L'air chaud, chaque fois qu'il est disponible, est mis en circulation par un ou plusieurs ventilateurs dans un ou plusieurs réseaux étanches réalisés en tube pvc* de  type NF EU,  qualité CR4 pour les parties enterrées, Ø 100mm.

                        La régulation se fait à l'aide d'un ou plusieurs thermostats à  consignes réglables. Il peut en outre être installé une sonde de limitation de température de sol pour éviter les éventuelles surchauffes d'été, mais, si les calculs de transfert et de capacité de stockage sont correctement menés, cette solution n'est pas nécessaire. Néanmoins, si une surchauffe occasionnelle du bâtiment  apparaissait (canicule prolongée), il sera toujours possible d'arrêter le transfert en coupant l'alimentation des ventilateurs au niveau du tableau électrique.

                        La masse située sous le bâtiment se comporte comme un accumulateur/régulateur thermique permanent qui peut absorber des surplus de chaleur interne (période de canicule ou de forts apports passifs) ou bien, peut rayonner comme un plancher chauffant à très basse température (+/- 22/23° maxi). L'émission se fait alors par différence entre la température du sol et celle de l'air ambiant des pièces. Si l'architecture est correctement adaptée à ce système, il se produit un phénomène d’autorégulation grâce aux transferts thermiques qui se produisent dans un sens ou dans un autre en fonction de la température ambiante des locaux : lorsque la température intérieure de la maison est supérieure à celle du sol (cas fréquent grâce aux apports solaires passifs ou en période d'été), le transfert se fait dans le sens d'un complément d'accumulation dans la partie haute de la masse thermique; à l'inverse, plus la température intérieure de la maison baisse (ce qui est le cas l'hiver surtout dans les périodes d'inoccupation ou bien encore la nuit), plus le sol peut émettre de manière importante. En saisons froides, les apports passifs par vitrages sont en partie stockés dans la partie haute de la masse et peuvent être en partie restitués pendant la nuit, évitant ainsi une relance importante du système de chauffage d'appoint. Enfin, il faut souligner que le fait de capter l'air chaud sous la toiture limite les risques de surchauffe à l'étage l'été.

MASSE THERMIQUE :

                        Réalisée sur en moyenne un mètre d'épaisseur entre le sous sol naturel (température constante d'environ 13° en Bretagne à un mètre de profondeur sous une structure couverte) et le sol fini de la maison, elle est souvent seulement isolée en pourtour grâce à la mise en place, sur la hauteur du soubassement et sans pont thermique d'un isolant efficace (R=2.5 minimum souhaitable). Dans certains cas et pour certains types de bâtiments (bâtiments à toiture plate ou à très faible pente,  par exemple), une isolation horizontale, placée sous la masse thermique, pourra être nécessaire de façon à améliorer les performances (la masse sera dans ce cas généralement moins épaisse).

                        Elle est chargée grâce à l'air chaud venant du captage qui circule dans le ou les réseaux en tube pvc et ce tout au long de l'année, chaque fois que l'air atteint la température minimum de fonctionnement (27/28° au point de captage, s'il est externe au volume isolé du bâtiment et 23 / 24°, s'il est interne).

                        Cette masse se comporte comme un accumulateur/régulateur thermique : elle absorbe et restitue la chaleur emmagasinée en fonction des différences de températures. L’émission vers l'espace de vie est proportionnelle à la différence de température entre le sol et l'ambiance. Il en va de même pour l'absorption directe.

                        La masse thermique est constitué généralement par du remblai en matériau de carrière (naturel ou concassé) de granulométrie 0/20, soigneusement compacté par couches successives à la machine vibrante (le "sable" naturel d'arène granitique convient parfaitement). Le matériau utilisé doit permettre à la fois les échanges thermiques et le stockage de chaleur, mais aussi être incompressible une fois compacté pour que la dalle "flottante" réalisée au dessus en béton armé (ou en béton de chaux armé avec du bambou approprié, en cas de construction très "écologique") ne subisse pas un affaissement ou une fissuration. J'attire d'ailleurs à ce propos l'attention sur le fait que la dalle, posée sur la masse thermique et indépendante des murs, doit être totalement désolidarisée de toute structure porteuse (murs, poteaux, refends etc….). Les phénomènes de tassements différentiels ne doivent pas être négligés, surtout sur des terrains problématiques. Seules les cloisons pourront être portées sur les dalles flottantes, ainsi que les charges courantes d'exploitation (jusqu'à 350kg/m² en charges uniformément réparties). Il faudra donc prévoir aussi des renforcements en cas de charges ponctuelles très lourdes (poêle de masse, par exemple). Il faut aussi veiller, lorsque des circuits passent à travers des structures porteuses (murs de refends etc…), à ce que les tubes ne risquent pas d'être cassés lors d'éventuels tassements. Il faudra donc prévoir des fourreaux de façon à ce que les tubes soient libres des contraintes. Il est en outre important de vérifier la nature du terrain naturel sur lequel est implanté le bâtiment pour valider les options choisies en fonction de ses caractéristiques. Enfin, il faudra veiller, comme dans toute construction, à ce que les problèmes des remontées d'humidité, de radon soit correctement traités.

MATÉRIEL :

            Ce système nécessite l'utilisation de peu de matériel donc il induira peu d'entretien et de maintenance. Il comprend :

-un ou plusieurs ventilateurs type "centrifuge de gaine à flux d'air rectiligne" Ø100

-un ou plusieurs caissons avec filtre à poussière (si captage direct sous toiture)

-un ou plusieurs thermostats de pilotage à double réglage (marche/arrêt)

-une sonde de limite de température de sol (facultative)

-des composants d'installation électrique : contacteur(s) et câblages

-un ou plusieurs réseaux en tube pvc* Ø100 avec raccords équipés de grilles anti-insectes sur les points d'aspiration et de refoulement. Les réseaux enterrés devront être collés et parfaitement étanches pour éviter les risques d'inondation en cas de terrain très humide ou de remontée de nappe phréatique. De plus, dans certains cas, il faudra prendre en compte des risques de condensation et créer des dispositifs adaptés pour traiter ce problème.

CAPTAGE ET CIRCULATION D’AIR :

                        Ils peuvent s'effectuer de trois façons :

   1- Captage direct sous toiture (circuit semi ouvert) :

Si les matériaux de couverture le permettent (ardoises sur liteaux, membranes d'étanchéité, tuiles plates de couleur foncée, lauzes foncées, bacs acier ou zinc foncés....), l'air chaud peut être capté directement sous la toiture en partie haute et est mis en circulation dans un ou plusieurs réseaux (boucle) grâce à un ou plusieurs ventilateurs pilotés par des thermostats. Dans ce cas il faut filtrer l’air pour ne pas laisser la poussière encrasser le réseau et il faut également prévoir, dans certains cas, l'évacuation des éventuels condensats.

   2- Captage par panneau solaire à air (circuit fermé) :

Dans ce cas l'air se réchauffera dans un ou plusieurs capteurs constitués par des châssis fixes vitrés (double vitrage approprié monté dans des cadres en bois ou en aluminium à rupture de pont thermique). Techniquement, il s'agit de réaliser de simples verrières comme pour les vérandas. Sous les châssis, il sera réalisé un caisson isolé et étanche. L'air emprisonné dans le circuit fermé devra être sec (assèchement artificiel possible suivant le moment de la mise en oeuvre) pour ne pas générer de phénomènes de condensation. L’air est mis en circulation dans un ou plusieurs réseaux (boucle) grâce à un ou plusieurs ventilateurs pilotés par des thermostats.

   3- Captage à l'intérieur du bâtiment (circuit ouvert) :

Il peut être judicieux dans certains cas d'utiliser l'air intérieur (cas de maisons très vitrées sans protection solaire ou de véranda par exemples) pour à la fois transférer de la chaleur vers la masse et en plus rafraîchir une ou plusieurs pièces. Néanmoins, il faudra veiller à ce que la qualité de l'air (respirable par les occupants dans ce cas de figure) reste correcte ce qui amènera parfois à adapter une filtration particulière et utiliser des tubes différents.

*A PROPOS DES TUBES :

                        Il est bien évident que l'utilisation d'autres matières que le pvc est tout à fait possible, celle-ci n'ayant que l'intérêt du moindre coût. C'est surtout par principe de précaution face à une possible émission de substances nocives dans l'air, pourtant non mise en évidence à ce jour par les tests aux températures concernées (moins de 30° pour l'air intérieur des bâtiments)

CLAUSES PARTICULIERES

POUR MON CHANTIER

Le principe retenu fait appel à un circuit de transfert thermique utilisant l'air intérieur du bâtiment :

            L’air est aspiré le plus haut possible à l’étage, dans les chambres sud et / ou dans le palier.  Le tube, muni en son embout d’une grille (entrée d’air ronde décorative), chemine le long du plafond, puis descend dans le wc de l’étage, puis dans le local technique du rez de chaussée pour rejoindre l’attente en sortie de sol. Le ventilateur de type UNELVENT Mixvent TD350/125 Silent sera placé dans le local technique du rez de chaussée. Ainsi l’air, après avoir été aspiré est pulsé dans le réseau de tubes pvc Ø100 situé sous la dalle, dans la masse thermique, pour être ensuite rejeté au sol ou près du sol, soit dans le séjour, au niveau du bas de la cloison séparant celui-ci du wc, soit dans l’angle sud-est de la chambre 1. Ces deux points de retour d’air, utilisables au choix et séparément seront également munis de grilles décoratives permettant en même temps l’ouverture ou la fermeture. La partie hors sol du réseau est réalisée avec de la gaine souple spéciale ventilation Ø125 parfaitement étanchée. La partie du réseau située dans le sol est réalisée en tube pvc Ø100 qualité NF EU et est également étanche. Le réseau en sol est placé directement en fond de masse thermique sur l'isolant (profondeur = environ - 0.50m sous le sol fini du rdc). Le fonctionnement de cette boucle de transfert est piloté par un thermostat électronique, situé à proximité de la bouche d’aspiration. Les consignes de réglage et d’étalonnage sont les suivantes : mise en route lorsque la température d’air dépasse 23°C et arrêt lorsqu’elle descend en dessous.

Le système réalisé consiste à transférer des calories dans la masse thermique isolée située au sol, sous les pieds des occupants.

Cela a pour but d’équilibrer les températures internes tout en permettant un léger rafraichissement de l’air de la maison lorsque c’est nécessaire. Grâce aux grandes baies vitrées situées au sud, au carrelage de couleur sombre revêtant le sol du rez de chaussée et à ce système de transfert sur masse thermique au sol, nous avons un mode de chauffage solaire passif/actif à forte inertie qui limitera le recours au chauffage d’appoint (poêle à bois).

Chauffage d’appoint de la maison :

Il est bien entendu que, seuls, le principe solaire passif et ce système actif de masse thermique, ne permettent pas de maintenir la maison en toutes circonstances à une température égale ou supérieure à 19°C, mais permettent de maintenir une température minimum de base qui est évaluée à +14°C, avec l’aide des entrées solaires passives et de l’inertie (cela, dans des conditions climatiques locales normales et si la maison est occupée de manière permanente). Il faudra donc envisager d’installer un système de chauffage d’appoint qui devra être adapté au type d'occupation des locaux. Il ne sera pas nécessaire de chauffer le bâtiment pendant les périodes d'inoccupation. Par contre le système de chauffage d'appoint devra pouvoir assurer la remise en température rapide des locaux. Bien que la puissance nécessaire à maintenir les locaux à une température minimum de 19°C soit de moins de 3 Kw, il est conseillé d’installer un appareil d’une puissance d’environ 5 à 6 KW pour permettre une remise en température rapide après une période d’inoccupation ou pour faire face à d’exceptionnelles périodes de grand froid. Un poêle à granulés ou à bûches à haut rendement sera sans doute la solution la plus appropriée. Pour des questions de confort, dans le cadre d’une utilisation toujours ponctuelle, les salles d’eau gagneront à être équipées de radiateurs électriques permettant une chauffe puissante et donc rapide : les modèles soufflants de puissance 2 KW sont particulièrement adaptés (quelques minutes de fonctionnement permettront d’atteindre plus de 23°C).

Rayonnement solaire direct et consignes relatives au confort thermique :

Le principe de chauffage solaire passif implique d’avoir recours à de grandes surfaces vitrées au sud. Cela permet de faire de très importantes économies d’énergie, surtout dans le cadre d’une maison de ce type possédant un fort pouvoir d’inertie au sol. Dans des conditions climatiques normales, la température intérieure ne dépassera des valeurs générant de l’inconfort. Néanmoins, il faut savoir que le rayonnement solaire direct, lorsque l’on se trouve « en plein soleil », peut revêtir un caractère désagréable. En effet, dans ce cas, même si la température de la pièce est normale, le rayonnement solaire direct implique une élévation importante de la température de surface des corps et objets. Ce phénomène naturel peut être facilement et très efficacement limité grâce à la mise en place de stores intérieurs qui couperont le phénomène tout en laissant rentrer la chaleur nécessaire au maintien d’une température cohérente dans la maison.

Couper l’effet du rayonnement solaire direct, sans couper les apports thermiques, doit être un objectif d’amélioration du confort tout en gardant le bénéfice des apports.

Compte tenu de la conception de la maison, il n’est pas à craindre d’avoir à supporter des températures excessives dans le bâtiment si les occupants en comprennent le fonctionnement et respectent les consignes permettant d’éviter l’élévation de la température intérieure au-delà de ce qui est acceptable. Il faudra donc, comme dans toutes les maisons de ce type, veiller, en cas de fortes chaleurs extérieures (plus de 25°C à l’ombre), à laisser la maison fermée. En effet, dans une maison très bien isolée et ayant une inertie importante, la chaleur, une fois entrée, aura du mal à être évacuée. Il est aussi souhaitable, en période de canicule, de pratiquer une sur-ventilation nocturne en laissant la fraicheur de la nuit, toujours présente en Bretagne, rafraichir le bâtiment avant de refermer soigneusement les ouvertures en matinée. Cette attitude de bon sens couramment pratiquée dans les pays chauds permettra de garder un confort optimum lors des fortes chaleurs estivales très occasionnelles en Bretagne. Les volets roulants, correctement utilisés viendront compléter cette démarche de gestion des apports thermiques et permettront aussi de diminuer les déperditions par vitrages les nuits d’hiver. En plus, il est néanmoins recommandé d’installer des rideaux lourds qui complèteront la lutte contre les déperditions nocturnes pendant la période de chauffe.

En conclusion, il faut insister sur le fait qu’une maison bioclimatique demande un peu de temps d’adaptation pour être ressentie et vécue de la bonne manière. Une fois acquis les bons repères et les bonnes habitudes, l’agrément de vie sera bien au-delà de celui procuré par une maison conventionnelle avec en prime une facture de chauffage extrêmement limitée.