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Chauffage et climatisation: l'air se terre |
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| Technique |  |
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| Les propriétés thermiques du sol | |
| Dimensionnement et conception | |
| Mise en œuvre |
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Les propriétés thermiques du sol |
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Le puits canadien est un système géothermique dit de surface qui utilise directement les propriétés thermiques du sol. On constate en effet que la température à différentes profondeurs sous terre subit une variation d'amplitude beaucoup plus faible qu'en surface, restant autour de 15 °C en moyenne3. Plus on va en profondeur, moins il y a de variations de température. C’est ce qu’on appelle l’inertie thermique du sol. Par exemple, à un mètre sous terre, la température se maintient autour de 12 °C en été et 4° C en hiver4. Ainsi, en été, le sol (à 1 ou 2 m de profondeur) est plus frais que l’air extérieur alors qu’en hiver il est plus chaud. |
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Dimensionnement et conception |
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La conception d’un puits canadien doit être faite avant la construction du bâtiment. Le dimensionnement sera établi par un calcul thermique qui prend en compte de nombreux paramètres : surface au sol, surface et volume des pièces à réchauffer ou rafraîchir, nature du terrain, type de chauffage, type de ventilation, matériaux des murs extérieurs etc. |
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Une simulation a été faite pour une maison de 800 m3 à l’aide du logiciel GAEA. |
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Constantes
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On constate une perte d’efficacité quand le débit augmente. En effet, plus le débit est grand moins l’air a le temps de se réchauffer ou de se refroidir. On a donc intérêt à limiter le débit dans une conduite pour que l’échange thermique soit meilleur. Si le bâtiment nécessite un renouvellement d’air important, il est préférable d’installer plusieurs conduites afin de réduire le débit dans chacune d’elles. |
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Mise en œuvre7 |
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L’entrée d’air L’entrée d'air du puits doit être à l'abri des intempéries (pluie, neige), protégée par un grillage des feuilles mortes, des rongeurs, des insectes. L'air qui rentre dans les pièces doit être débarrassé des poussières et des spores. La filtration de l'air peut être faite en aval, par le biais d'un pré-filtre ou intégré à une VMC double flux. En ajouter un en amont permet d'éviter l'encrassement du tuyau, et les pollutions éventuelles. La canalisation Le diamètre est déterminé par le débit d'air qu'il est nécessaire de renouveler dans la maison. Il convient que l'air ne dépasse pas 2 m/s dans le puits car plus la vitesse est importante et moins l'air se réchauffe/refroidit. Plus la section d'un tuyau est importante et plus le réchauffement de l'air dans la conduite est inégal (bon en périphérie, mauvais au centre), aussi, il convient de ne pas dépasser un diamètre de 200 mm. Le débit sera d’environ 230 m3/h9. Il peut être nécessaire d’installer plusieurs conduites afin de réduire le débit. |
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Les condensats L’air qui circule dans la conduite enterrée va en se réchauffant/refroidissant, condenser sa vapeur d'eau en fines gouttelettes qui vont stagner dans le puits, le rendant particulièrement malsain, et risquant à court terme d'empêcher l'air de circuler correctement. Aussi, des mesures sont à prendre pour éviter ces phénomènes. L'été, ou le phénomène est le plus important, l'air peut condenser jusqu'à un litre d'eau par jour. Il est impératif d'évacuer cette eau, sinon le puits se remplira, stoppant le flux d'air. Une mauvaise récupération des condensats ou une récupération partielle peut permettre à des bactéries pathogènes de se développer dans le tuyau. Il y a donc un enjeu important à récupérer les condensats. |
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Une pente de 2% dans le sens d'écoulement de l'air va permettre à l'eau de circuler dans le puits jusqu'au point bas, duquel on pourra facilement traiter tous ces condensats. Il convient donc lors du terrassement de faire attention à la constance de cette pente et de prévoir une conduite lisse pour éviter la stagnation d'eau. |
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Longueur de la conduite enterrée C'est la donnée la plus importante. Plus le trajet est important et plus la température de l'air sera proche de celle de la terre. Il faut compter en moyenne un trajet de 30 à 50 m pour obtenir un impact intéressant. Par contre, au-delà de 50 m, augmenter la distance ne fait plus que générer des gains très faibles. |
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Profondeur de la conduite La profondeur du tuyau donnera la température du sol vers laquelle l'air du puits va tenter de s'égaliser. Il faut descendre au-delà de 1.20 m minimum, ensuite plus on descend en profondeur et plus le gain en température sera faible. Tout du moins, il ne se justifiera plus par rapport à l'investissement en terrassement. 1.80 m pour la profondeur d'une conduite est un bon compromis. |
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Le problème du radon11 Le radon est un gaz radioactif que l'on trouve naturellement dans le sol. Il résulte de la transformation d'éléments tels que l'uranium 238, le radium 226 etc. Le radon est dangereux s'il est inhalé et il peut à plus ou moins long terme provoquer des cancers. Une carte de France a été établie afin de mettre en évidence les régions françaises les plus exposées (cela est lié à la nature du sol). Le puits canadien devra donc être parfaitement étanche dans sa partie enterrée. Mais il ne faut pas oublier que le radon peut s'infiltrer dans les vides sanitaires et dans l'habitation en profitant d'une dalle non étanche ou de fissures, d'où l'importance de la ventilation. |
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Ventilateur Pour que l’air extérieur puisse être aspiré au niveau de la prise d’air du puits canadien, un ventilateur est nécessaire. Si la maison est équipée d’une VMC simple flux, il faudra rajouter un ventilateur dans la gaine au niveau de l’amenée d’air du puits canadien. L’air extérieur sera aspiré par le ventilateur du puits canadien et l’air intérieur sera évacué par le ventilateur de la VMC. Si la maison est équipée d’une VMC double flux, il n’est pas nécessaire de rajouter un ventilateur spécifique pour le puits canadien. En effet la VMC double flux est un système qui comporte déjà deux ventilateurs (un pour l’apport d’air neuf et un pour l’extraction d’air vicié). |
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