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mardi 26 novembre 2013

Un poêle bouilleur pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire (suite)

Comme promis, voici la suite de la description de notre installation.
Je vais vous décrire cette fois-ci la partie ECS (Eau Chaude Sanitaire).
Etant dans une région ensoleillée nous avons l'intention de mettre des panneaux solaires (thermiques et non pas photovoltaïques) pour chauffer notre eau chaude et tant qu'à faire, profiter de notre poêle pour la chauffer pendant les périodes avec moins de soleil.
Cependant, les systèmes existant dans le commerce sont très onéreux et leur retour sur investissement (économique ou écologique) est très long (quand il n'est pas inexistant).
Le principe est souvent celui-là:

jeudi 7 novembre 2013

Un poêle bouilleur pour le chauffage et l'eau chaude sanitaire

Bonjour à tous,

ça fait longtemps que je n'ai rien posté car j'ai été très occupé dans la rénovation de notre nouvelle maison.
Je viens de terminer le chauffage et j'ai maintenant un peu plus de temps pour partager mon expérience et vous présenter notre système qui est assez original.
Habitant maintenant dans une région où le bois est abondant (nous vivons dans les Landes) il m'a paru tout naturel d'installer un chauffage au bois. Cependant, ce chauffage comporte certains inconvénients (manutention, certaines pièces très chaudes et d'autres très froides, amplitude thermique importante, maison froide le matin....). La plupart du temps, les poêles et les cheminées sont considérés comme des chauffages d'appoint. Nous voulions un chauffage au bois qui puisse couvrir la totalité de nos besoins afin d'éviter de garder l'abonnement au gaz et les entretiens de chaudière, ramonages... (ces coûts cumulés à l'amortissement de la chaudière coûtent quasiment autant que la consommation de gaz, l'achat d'un poêle d'appoint pour gagner quelques m3 de gaz, quelques litres de fioul ou quelques kWh d'électricité ne me semble pas très rentable). Il existe bien des chaudières à bois mais je les ai trouvé très chères, et surtout trop puissantes par rapport à nos besoins. De plus, la chaudière à bois, n'a pas le charme d'un poêle sans compter qu'elle comporte un grand nombre de pièces mécanique et électriques/électroniques qui me semblent sujettes à de nombreuses pannes (il faut en plus bien chercher pour trouver quelqu'un de compétent dans ce domaine en France).

jeudi 22 mars 2012

La VMC double-flux, c'est pour l'air? et pourquoi pas pour l'eau?



Je vous présente aujourd'hui un projet dans le thème des économies d'énergie et de la maison bioclimatique que nous voulons construire.


Nous avons parfaitement intégré aujourd'hui qu'il est idiot d'explusé l'air chaud de nos maisons pour l'aération. La VMC double Flux répond à cette abbération en transmettant les calories de l'air vicié à l'air neuf par l'intermédiaire d'un échangeur.

Il existe pourtant une autre source d'énergie dans nos habitations qui n'est pas exploitée car directement jetée à l'égout: ce sont les eaux usées. Notamment l'eau de nos douches.
Tout d'abord, il faut savoir que l'eau est un excellent stockeur d'énergie. Il faut énormément d'énergie pour chauffer 1 litre d'eau d'1 degré: environ 4200 Joules. C'est autant que pour chauffer 10 kg de fer, 2 litres d'huile ou encore 5 m3 d'air (d'1 degré aussi).
On appele cela la capacité thermique massique (4185 J.kg-1.K-1 pour l'eau, ça varie légerement avec la pression et la température).
En résumé, quand on aère une pièce ou que l'on met en marche une VMC simple flux, il y a beaucoup d'air qui sort de la maison mais finalement peu d'énergie. Alors que lorsque l'on prend un douche, il y a peu d'eau qui part (tout de même une quarantaine de litres) mais une grosse quantité d'énergie.


Mon projet consiste donc a essayer de récupérer l'energie des eaux usées pour préchauffer l'eau avant le ballon d'eau chaude (ou la chaudière).

Tout d'abord, un peu de calcul. Si on considère:

- une douche de 40L

- une température d'eau évacué de 30°

- une eau froide qui arrive (en moyenne) à 10°


40 L x (30°-10°) x 4185 J.kg-1.K-1 = 3 348 000 Joules

Sachant qu' 1 Joule est égale à 1 Watt pendant 1 seconde. Il suffit de diviser le résultat par 3600 pour convertir en Watt.heure:

3 348 000 J = 930 Wh

La quantité d'énergie récupérable d'une douche est donc de 0.93 kWh. Si on multiplie cela par le nombre de douches par jour (disons 3 dans une maison standard) et le nombre de jours dans une année (disons 320 si on enlève les vacances). On peut potentiellement récupérer :

0.93 x 3 x 320 = 892 kWh

Pour donner un ordre de grandeur, la consommation électrique moyenne d'un foyer de 2 adultes + 2 enfants (hors chauffage) est de 2800 kWh. La quantité d'énergie récupérable n'est donc pas négligeable. D'un point de vue financier le gain potentiel est de 100 € / an (à 11,5 ct du kWh).

Il existe déjà des systèmes dans le commerce qui ont cette fonction. Ils sont généralement réservés aux piscines municipales ou aux hôtels car l'investissement initial est très lourd. Il n'y a pas à ma connaissance de système performant et peu onéreux pour les particuliers. Il y a bien le "PowerPipe" mais ça coûte un bras et les surfaces d'échange étant très faibles, la performance doit l'être aussi.
Voici donc les objectifs que je me suis fixé pour le système que je veux concevoir:

- un bon rendement
- un retour sur investissement de moins d'un an (donc - de 100€)
- un entretien facile ou inexistant
- un système passif (sans electrovanne, moteur ou quoi que ce soit d'électrique)
- l'utilisation maximum de matériaux de récup.


Les échangeurs ayant les meilleurs rendement, sont les échangeurs à flux inversé. Un petit schéma vaut mieux que 10 lignes d'écriture:



On voit dans ce type d'échangeur que les deux fluides ont tendance à tendre vers une même température (la moyenne des 2). Alors que sur un échangeur à contre flux (voir ci dessous), la température du fluide à réchauffer tend vers la température initiale du fluide à refroidir. On récupère donc quasiment toutes les calories:




Pour réduire les coûts de mon système, je le ferai dans un fût bleu en plastique (220 litres), On en trouve assez facilement un peu partout. Le fût étant en plastique, les raccord avec les tubes PVC seront facilité. Et des matériaux standardisé (tube pvc 40 mm, tube PER). Voici un premier schéma:



Et celui ci, où l'on voit le serpentin en PER:




Le principe est simple: l'eau de la douche tombe dans le fût. L'eau froide circule dans le serpentin en tube PER du bas vers le haut. Nous avons donc bien un échangeur à contre flux. En marche standard, les deux vannes sont fermées. La première en haut, sert au by-pass pour nettoyer le filtre situé dans le T juste au dessus (ce filtre empêche les saletés de rentrer dans l'échangeur). La deuxième vanne sert à vidanger l'échangeur).

J'ai choisi de mettre un serpentin en PER car il n'y a pas besoin dans ce type d'échangeur d'un matériau très conducteur, l'eau à refroidir étant stockée et les débit peu important. Le serpentin fera une longueur de 50 mètres. Le PER n'a pas les qualités du cuivre pour l'échange thermique mais son faible coût (20€ la couronne de 50m) permet d'avoir une surface d'échange intéressante et surtout d'avoir une quantité d'eau importante dans le serpentin (12 litres). Attention, sur le plan réalisé sous sketchup, le serpentin ne fait que 34 mètres, il sera donc un peu plus dense lors de la construction.

Sur le papier, l'objectif est atteint:
- Le budget est respecté (- de 100€), le plus cher étant les vannes: 15 € chacune,
- La performance doit être bonne: échangeur à contre flux, mauvais conducteur thermique mais grande surface d'échange et quantité stockée importante
- l'entretien est facilité: un filtre à nettoyer de temps en temps en tournant une vanne et en évacuant un peu d'eau.

Il ne reste plus qu'à le construire..... je vous tiens au courant

jeudi 23 février 2012

Une maison bioclimatique

Nous avons pour projet de construire une maison bioclimatique. C'est-à-dire une maison conçue pour réduire au maximum les pertes d’énergie (isolation) et surtout valoriser les apports gratuits d’énergie, notamment solaire (orientation, inertie).




Les grands principes pour concevoir une maison bioclimatique sont les suivants :

- Une bonne orientation
Il faut un maximum de fenêtres au sud et un minimum au nord.

- Avoir une bonne isolation
L’isolation doit être parfaite, sans pont thermique (c’est pour cela que l’on préconise une isolation extérieure). L’étanchéité à l’air est aussi importante, quoiqu’apportant de nouveaux problèmes tels que la gestion de l’humidité (nous y reviendrons dans un prochain post)

- Avoir une inertie adéquate
L’inertie, trop souvent négligée, est le complément de l’isolation. Vous pouvez isoler votre maison du mieux possible, ça ne servira à rien si elle n’a pas d’inertie. Tout d’abord pour le confort : sans inertie, la température augmentera aussi vite qu’elle rechutera. L’amplitude thermique provoquera des sensations désagréables. L’apport solaire gratuit ne sera pas valorisable (notamment en automne et au printemps): la maison sera rapidement en surchauffe, vous obligeant à ouvrir les fenêtres et donc à laisser s’échapper les précieuses calories qui auraient pu être valorisées pour réchauffer la maison la nuit par exemple.
L’inertie de la maison dépend essentiellement de la masse et du type de matériaux compris à l’intérieur de l’isolation (d’où l’avantage encore une fois de l’isolation par l’extérieur).
- Se protéger de la surchauffe d’été

On utilise généralement des « casquettes » qui protègent du soleil d’été qui est haut dans le ciel, mais qui laissent passer le soleil d’hiver.

- Utiliser l’énergie de la terre
En effet, à 1 mètre de profondeur, la température du sol est quasiment constante toute l’année (au minimum 8°). Il est donc intéressant de construire une maison semi-enterrée qui bénéficiera l’hiver d’une plus faible différence de température entre l’intérieur et l’extérieur et l’été d’un rafraichissement. Une des pires choses ayant été utilisée dans les constructions de ces cinquante dernières années est le vide sanitaire comme on peut le voir sur le schéma ci-dessous.


Dans cet exemple, on voit bien que la première maison, munies d’un vide sanitaire, a toutes ces faces exposées à la température extérieure (0°). Alors que la deuxième maison, semi-entérée, bénéficie d’une surface importante exposée à la température de la terre (10°). Les déperditions sont donc moins importantes dans le deuxième cas. Il faut par contre gérer les problèmes liés à l’humidité, on peut par exemple utiliser une dalle « hérisson » (nous en reparlerons plus tard).

- Utiliser des formes simples et compactes

Il faut minimiser le ratio « Surface de murs extérieurs / Surface habitable»

Comme sur l’exemple suivant :

On voit sur l’exemple de la maison 2 qu’il y a 25% de déperditions en plus par les murs dans une configuration en L (par rapport à un carré). Il faut aussi 25% de matériaux supplémentaires pour la construction de ces murs.

L’habitat collectif (maisons mitoyennes, petits immeubles) comporte donc un avantage indéniable par rapport à la maison individuelle.

- Savoir jouer avec les couleurs
Ceci peut paraitre anecdotique, mais pour une maison bioclimatique, tous les détails ont leur importance. Il faut savoir que les couleurs claires reflètent la lumière alors que les couleurs sombres l’absorbent. Dans les pièces orientées Sud, munies de fenêtres ou de baies vitrées, il vaut mieux avoir un revêtement de sol foncé et avoir une couverture de sol claire à l’extérieur. Comme sur le schéma suivant :

Sur cet exemple, la lumière provenant de l’extérieur est absorbée par le carrelage foncée et transformée directement en chaleur. La couverture claire à l’extérieure (cailloux blancs) reflète une partie des rayons du soleil vers l’intérieur de la maison, maximisant ainsi l’apport solaire.


Dans ce deuxième cas, le carrelage blanc reflète la lumière dont unepartie repartira par la fenêtre. Le solfoncé à l’extérieur (cailloux noirs, béton ou autre) ne reflète pas la lumière,il n’y a donc que la lumière directe du soleil qui pénètre dans la maison.

Si vous n’êtes pas convaincu par les schémas, pensez à vos amis quipartent au ski et regardez comme ils sont bronzés. C’est en grande partie dû àla réflexion du soleil sur la neige.



- Minimiserla surface des murs au Nord.



Un bon moyen pour cela est d’utiliser la pente du toit pour obtenir un mur plus petit au nord.

Sur ce schéma, des haies ont été rajoutée pour protéger encore plus lemur Nord du vent. Le vent n’affronte pas un mur vertical, les déperditionsd’énergies sont donc réduites.

- Créerdes zones tampon au nord.
Afin d’améliorer encore l’isolation coté Nord, les locaux techniques(garage, cellier, buanderie) peuvent y être positionnés.

Voilàpour les grands principes du bio climatisme. Il en existe d’autres, on pourraitaussi aborder les sujets tels que la production d’énergie, le renouvellement del’air, etc…
Cepost n’a pas pour but d’être exhaustif, mais juste d’être une introduction avantla présentation de notre future maison et des astuces et bricolages qui serontinclus dedans.

Au programme :
- Une fenêtre « trombe »
- Une VMC double flux améliorée (avec éléments Peltier et échangeur à contrecourant)
- Un système domotique à base d’Arduino (gestiondes volets, du chauffage, de la lumière, …)
- Un récupérateur de l’énergie des eaux usées(rien ne se perd….)
- Un ballon d’eau chaude bi-énergie (panneaux solaire et poêle à bois) autoconstruit, super efficace et super économique