Publisher’s version / Version de l'éditeur: Note d'information sur la construction, 1982-01-01
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Les maisons à enveloppe thermique
Chown, G. A.
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N R . - - t I S T I
LES MISONS
2
ENVELQPTE THERMIQU3 BLDG. RE$.L l B R A R Y
G.A. Chown
Division d e s recherches en bstlment, Conseil national d e recherches Canada
LES MAISONS ENVELOPPE THERMIQUE
Pa= G.A. Chbwa
INTRODUCTION
bi maison
2
enveloppe thermique, mise au pofnt dans l e s annLes1970 aux i t a t s - ~ n i s , c a t le r k u l t a t d'une f a p n nouvelle d'aborder la
concept ion de mais ons
2
bon rendanent &erg6 tique. Appelks ggalementmaisons 5 double enveloppe, ces batiments sont c o q u s de f a ~ o n
a
o f f r i r un espace architectural agrEable et un confort thermique sup6rieur tout en reduisant les caiits de chauffage.Le but. de c e t t e note est d 'examiner les m€thodcs de constmctf on et lc fonctionnemnt de ce type de maison, d q e n exposer l e s avantages et les Llmites.
CONSTRUCTION
De ltext6rieur, r i e n ne d f s t i n g u e une maisan 3 enveloppe
t h e d q u e . L'apparence du Mtiment e s t d&termin& principalement p a r les
goQts personnels du proprigtaire et le type d'architecture prEdominant de la rggion. h s d i f fgrentes figures illustrant c e t t e n o t e moatrent une varigt6 de formes p a s s i h l e s .
Vue en coupe, une maison 3 enveloppe thermique ressemble 2 deux
mafsons emboTtGes I'une dans l'autre (figure 1).
L A M E D ' A I R DU MUR N O R U
S O U S - S O L O U V I D E S A N l T A l R E
t 1 ( ; I I R l L
t e s murs e s t et ouest sont des mrs simples, de construction
cwranre mais garnis d'une plus grande quantitg d'isolant.
Le mur nord comprend deux parois parallGles, situses
2
environ un p i e d l'une d e l'autre et siSparSes par una lame d'air. Chaque para1 est isalge et posskde un pare-vapeur contlnu qui empgche l14coulement de 17airet la migration d e l ' h d d i t E entre la partie habitable e t le vide d'air, et entre ce dewier e t 11axt6rieur.
Le mur du cat6 sild comprend Bgalement deux parois. L'espace qui
les &pare e s t cependant p l u s grand que celut entre les d e w parais du utur nard et fome un local habitable appel6 serre* Le m r extlrieur, en verre,
peu t E t
re
vertical ou inclin'e selon la pr6fSrence du proprigtaire et1 ' u t i l i s a t i o n proposge de 1 'espace.
Le plafond st le toit sont fsolEs et dotEs d'un pare-vapeur et
d'un &ran d1Qtaach6it5
a
l t a f r continus. Le vide sous t . o i t tonuarnique avec la lame d'air du mur nord et la serre du -c8t6 sud.Le sous-sol uu 1e vide sanitaire, comme les combles, est ouvert
sur les vides d'air d e s murs nord et sud. Les mrs de fondation et le plancher qui s&pare I'espace habitable du sous-sol sont calfeutrEs et isolEs. Un revgtement peut Etre a p p l i q u s sur le plancher du sws-sol qui n'est pas isoli5.
La conception de la maison 5 enveloppe thermique est bas& sur le
p r i n c i p e selon lequel le rgchauffement ou le refroidissement de l'air dans la serre entrdnera 1'6coulement de 1 'air par convection dans le v i d e
intercalaire de la double eaveloppe(1). Les partisans de c e t t e conception affirmenc que I1~coulement de l'air chaud rgduft les pertes thermfques, p e m t df-gasiner la chaleur pendant les pgriodes d'ensoleillement et de la rgcupgrer les jwrs nuageux ou durant l a nuit. Par ailleurs, durant les mois dW6ti5, l ' a i r qui circxrle entre l'enveloppe intgrieure et l'envelappe extiirieure r e f r o i d i t la maison.
Comnue l'air chaud tend B stElever, en hiver, l'air de la serre rbchauf fS par le s o l e l l s'Scoule vers l e s combles. 1X1 c8t5 nord, 1' a i r contenu dans le mur perd sa chaleur par les enlrelopges intgrfeure et
extgrieure, e t descend vers le v i d e sanitaire ou le sous-sol. Afnsi, l'air circule autour d e la maison 5 llint&rieur de la double envelagpe (ffgure
21,
La chaleur e s t t r a d s e a m espaces habitables loxsque la tempsrature dams
l'enveloppe e s t supikfeure 3 celle des lacaux habitables. Conme le s o l du
vide sanitaire ou du plancher du sms-sol est p l u s froid que l'air qui circule, fl absorbe er stocke la chaleur contenue dans c e t a i r ,
L ' A l R A L ~ I N T S R I E U R 5 E R R E SE R E C H A U F F E S ~ ~ L E V E
IIAIR EMTRE LES DEUX P A R O I S DU MUR N O R 0 S E R E F R O I O I T ET DESCEND r4- CHALEUR S T O C K E E DAMS L E PLANCHER DU S O U S - S O L OU DAN5 LE S O L 0 0 V I D E S A N I T A I R E F I G U R E Z
CHAUPFAGE ET STOCKACE DE L ' ~ N E R G I E BURANT L ' H I V E R
Ed raison de sa grande surface vitriZe, la serre perd rapidement s a chaleur pendant la nuft et les jours nuagew dthiver. L'alr refroidi
s'accurnule dam le sous-sol ou le vtde aanitaire, amortpnt un courant
convectif de llair dans la d i r e c t i o n oppos&e 3 celle pendant la p6ri0de de ri5chauffemerit. La chaleur accumul6e dans le sol est restitu&e pour
maintenir une cotlche d'air relativement chaud autour dc lrenveloppe i.nt&rieure (figure 3 ) . L'hIR
k
L ' I N T ~ R ~ E U R D E L A S E R R E 5 € R E F R O l D l T f T D E S C E N D -a D i P E R D I l I O N DE C H A L K U R - - P A R L A S U R F A C E V I V R I ' F DL LA 9 E R R E < M -Refroidissement durant l e s mois d'iZti5
En gtiE, l'air contenu dans les vides intercalaires e t les combles absorbe la chaleur de la maison, de l'air extgrleur et du rayonnement
solafre. Afin de garder m e tempgrature agrgable, l'air chaud est EvacuG par une ouverture d e v e n t i l a t i o n situ'ee en p a r t i e haute d e s combles et remplacs par de llair frais achemin6 au moyen d'un conduit enfoui dans le sol (f igurc 4 ) - \ ,f A I R CHAUO E V A C U ~ P A R L ' O R I F I C E D E V E M T I L A T I Q N OU V I D E SOU-4 T O I T L ' A I R A B S O R B E L A C H A L E U R DE L A h l A l S O P 4 ET DU R A Y O N N E f i E M r S O L A I R E ET S ' E L E V E CL
-
N- L I A I R F R A I S A M E N < D A N S LE V I D E I N T E R C A L 4 I R E P A R UN T U Y A U I N S T A L L E DAN5 L E 501 F I G U R E 1 REFRDl D l SSEh\ENT O U R A N T L I ~ T ~ CRITIQUESLe principe de fanctionnement des maisons 2 double, enveloppe a
saulevg un certain nornbre de questions. Les principales critiques odt t r a i t
au transfert de chaleur entre les v i d e s dtair et les espaces habitables, au cheminemegt des cowrants convectif s et
a
l a capacitE du s o l ou du plancher d'un soua-sol1
stocker et festituer la chaleur.La quantits d e chaleur txansmise aux espaces habitables ou 3 l'extsrieur dgpend des diffsrences de tempsrature at de la resistance thermique des enveloppes. Puisqne lfi5care de tempgrsture entre l'afr exterieur et l'air contenu dsas le vide intercalaire e s t p l u s grand que
celui entre le vide intercaratre e t les espaces habitables, la transmission de chaleur aura p l u t a tendance 3 s'effectuer vers l'extfrieur que vers l l i n r i u ( ) I1 e s t perrmls dads ce cas de douter lrefficacit6 de la double e n v e l s p p e g chauffcr les espaces habitables.
Dans un certain nombre de bstiments &tudt&, la diffgrence de tempgrature entre les vides d'air des mrs nord et sud n'est p a s suffisante pour pernettre un circuit complet d8i5coulement convectif de l'air(3) ; les courants canvectifs tendent en e f f e t 3 se localiser (figure 5 ) . Certains defenseurs de la maison
2
enveloppe thermique ont reconnu ce problzme et proposent I' emploi de vent1 lateurs pour forcer l a circulation del'air(4). A I I P O R T DE C H A L E U R - PEU Df C H A L E V R S T O C K E E D A N 5 L E SOL p i R 1 i I)F C H A I I I I R I'! 11 O f i . t l A t I IJB R l 'l f l Ill1 i n u s i l l
Si on suppose que l'air rgchauffg dans la serre s'r5lSve et
s16coule autour de lfeaveloppe i n t s r i e u r e jusque dans le sous-sol, c e t a t r
chaud circulera trhs p r h du plancher du rez-de-chaussge alors que l'air plus froid aura tendance
a
se maintenir au nivaau du plancher de f ondatlon ou du s o l . La quantitg de chaleur stockee dam le sol sera donc minime(5).ARGUMENTS FAVOWLES
L e s partisans de la maison 3 enveloppe thermtque reconnaisscnt 3 cet te conception de nornbreux avantages.
Le
chauffage - Un ~ y s t ~ b e de chauffage ou Be refroidissement auxiliaire n'cst pas n6cessaire puisque la maison e s t chauffge par lt6nergie s o l a i r e en hiver e t refrotdie par le s o l en GtE. Le confort - Cornme la maisonest envelapp'ee dans nne couche d r a i r chaud, themique la tempgrature des mrs, du plafond et du plancher estsupi5rieure
a
celle des Glements dtune construction courante, ce qui r a u i t la perte de la chaleur rayonnSe par lesoccupants et augmente le confort thermique.
k s f u i t e s
-
La constructtona
double enveloppe assure une dou"ed
'
a i r protection centre les fuites d ' a i r . La diminution des caurants d' a i r augnaente le con£ ort themique.La serre
-
La setre constitue un i5lEment architectural dominant qui peut Stre utilis& c o m e espace habitable ou servir 2 la c u l t u r e d e s plances.G m
si la maison 3 enveloppe thermique prgsente un bon rendement gnergstique, sa performance ne peut ?tre a t t r i b u k qu'en partie au concept de double enveloppe, qui pose d'aflleurs certains problSmcs dam1' application.
Lea enveloppes intgrieure et extgrleure sont is olges et poss5dent uae rgsistance therbnLque globale s u g r i w r e 5 celle dtune construction caurante 5 enveloppe simple. Des doangee aptlmistes sur la consommation d' gnergle ont &t& obtenues en gtablissant une
cow
araison avec dea maisons de type courant dotdes de la moiti€ ou du tiers de la quantit6 d'isolant desmaisom 2 enveloppe therndque. Le tableau I i n d i q u e les diffgrents n i v e a w d'isolarion pour quatre types de construction : c e l l e conforme aux normes de 1978, celle recommedge par la SCHL pour 5 000 degrss-jours
Celsius(6), celle
S
double enveloppe et: celle 2 enveloppe simple et 3 faible cansomm t i o n 6nergSt ique.L'orientatlan des surfaces vitrges de la maison 3 enveloppe
t h e m q u e f ait 1' o b j e t d'une attention s p k i a l e . L e nombre ee la dimensLon
des fenEtres orlentges au nord sont rgduits au minimum et une grand p a r t i e du mr sud e s t vitrSe. L'apport: de chaleur par i n s o l a t i o n es t airrsi
beaucoup p l u s 6levG que pour les constructions courantes er les pertes
nettes de chaleur soat en consSquence moins bl&vGes., e t t e mgthode destinge
a
rsduire la consoarmation dt&ergie u'est cependarit pas exclusive a mmaisons B enveloppe thennique, et peut Stre a p p l i q u s e
2
npimporte quel t y p ede maison.
11 serait pfus valable de comparer la c~nstruction
a
double enveloppe 2 une construction analowe 2 enveloppe simple qu'g une consrructfon courante. U n e simulation par ordinateur a, ihdiquE qu'une maison s u r i s a l 6 e 3 stockage thenoiqus par g a l e t s et 3 ventilation forc'ee exigerait un appart dt&nergle auxiliaire moandie qutune maison 3 double e n v e l o p p e ( 7 ) .TABLEAU 1. Comparafson des niveaux d'lsolation
ElEments Construction Construction Construct ion
2
Constructiond e coastruction courante recommandge par double enveloppe
2
faibleRSI (R) la SCHL (pour US1
(R)
consommation5 000 degrss- d' Snergle jours C e l s i u s ) RSI (R) -
wr
(R) T o i t Enveloppe extzrieurc---
---
5 , 6 ( 3 2 ) Envelappe intgrieure--
-
2 , 1 (12) T o t a l 5 , O ( 2 8 ) 5 , 6 ('32) 7 , 8 ( 4 4 ) Mur nord Enveloppe ext6riegre -7- Enveloppe intgrieure--
Total 2,2 (l2?5) Mur sud Enveloppe extgrieure---
Enveloppa int6rTeurc--
Total 2,2. (12,5) Murs est et m e s t Tot-a1 Mur du sous-sol Au-dessus du nfveau du sol Au-dessous du niveau du solLes calcatls de gradient de temp6ratur.e ( 2 , 8 ) l n d i q u e n t que deux
murs de rgsistance thernrique @ale, l'un ma5 dtun vide d'air ct ltautre non, procurent le &me confort thermique. Si la construction double enveloppe p e n n e t t a f t
un
c o d o r t themique supgrieur, il va de soi que c econcept devrait atre utilisg pour les mure e s t e t ouest aussi b i e n que pour les mrs nord ct sud.
Le8 f uit-es d ''at r
La cornparaison entre une construction 3 double enveloppe et une construction courante e s t Sgalement t r o q e u s e en ce qui concerne les
coutants d ' a i r et la "transparence"
2
l'alr de la mison. La plupart desmaisons 3 double enveloppe o n t B t i 5 construites sur commande. Le contrale de
la q u a l i t 6 de l'exgcution de ces maisons tend danc
3
Stre meilleur que c e l u ides mafsons c o n s t r u i t e s en ssrie, et les f u i t e a d'air sont moins glevses.
Toutefois, lqGtaneh&it6 5 l'air des maisons
S
f a i b l e consormaationgnecg6tique a S t E grandement adlior'ee par rapport aux conatructlons de type
courant, et la ngcessiti5 de deux parois siSpar6es par une couche d ' a i r "protectrice" n'a pas Q t b praviSe.
La serre
L'utilisation de la serre comme sgjour ou comme serre horticolc
e s t l i m i t & par les variations d e tempgrature. Sauf dans des rggions au
climat trss tempgrg ou lorsque des ventllateurs s o n t u t i l i s E s pour la c i r c u l a t i o n de l ' a i r , la construction 3 double enveloppa n'empgche ni la surchauffe de la aerre pendant lcs p6riodes easoleill6es, ni son
refroidissement pendant la n u i t , Dans la plupart des rsgions du Canada, des
fnstallations d e chauffage et de refroidissement d'appolnt et une b o l a t i o n accrue sont n$cessaires pour utiliser la serre t m t e l'annk.
L'emplacemnt de la serre par rapport aux autres piSces de la maison et 5 la cour pose Lgalement quelques probl'emes. Gomme la serre
s
'
Stend sur toute la largeur du mur sud, elle est souvent rgdnite 2 un simple passage e n t r e Ia m i s o n er la cmr.La serre e s t considEr6e come un des atouts ar-chltecturaux de l a construction 3 euveloppe r h e d q u e . Ce r i l e s t cependant pas un 6 l h e n t
particulier 3 ce type de malson, car l a serre peut trSs bien Etre incorporge aux constructions 3 simple enveloppe.
Autres remarques
Le vtde sanitaire Gtant souvent en contact direct avec Le s o l , il
peut &re 3 I'origine d'une infestation dtinsectes ou dtanimaux ou d'un
excss dthumidit6 dans le batiment. En raison de ltexiguit6 de I'espace, il sera parfois impossible d e se dgbarrasser des fnsectes ou des p e t i t s anhaux log& entre les dcux paroia du mur nosd ou dans les combles.
L1absence de rcgistre coupe-feu dans le mur nord paot favoriser
une raplde propagation des flamms en cas d'incendfe.
IT
faut r e v g t i r deplaques de p l t t r e Ies parois du vide intercalazre et installer des volets d'abruration automatique af in de diminuer les risques.
L e s coats d'une maison
a
double enveloppe sont plus E l e v & s que ceux d'une mison 2 simple enveloppe, en raison de la plus grande surface de plancher requise pour les vides d'alr, dc la hauteur supplgmentaire des murs de fondation pout le vfde eanftaire* et la p l u s grande quantitE de surfacesvitrges e t de reu&tements muraux, A moing que la serre ne soit utilis5e
construction, il faut donc preadre en compte le surcoiXt, la niZcessit& d'un chauf f age d' appoint et les aspects fonct ionnek de la conception.
Le nombre restreint dt6tudes sux les raaisom
2
double enveloppelaisse de nombreuses questions sans rsponse. 11 smbferatt que les maisans
B d o u b l e enveloppe consomment moins d16nergIe pour le chauffage des locaux que lea maisons de type courant. I1 n'a cependant pas 6ti5 dgmontrg que la
construction B enveloppe themique Stait: plus avantageuse sur le p l a n 6conomique que d'autres constructions 2 fafble consommation dr6nergie-
I ) Butler, L e e Porter. Ekbse'a Homes
-
Natural Energy Saving Designs, Ekose'a Inc.,
573 Mission St.,
San Francisco, CA 94105, 1978.2) Reno, Vic. Shakedown for the Envelope House
-
A Physical Exam, Solar&,
p. 14-21, November 1980.3) Scanada Consultants Ltd, Double S h e l l Passive Solar House: A Proof of Concept Test, 434 MadLaren S t , , Ottawa, K2P OH8, May 1980.
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-
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