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Faire bénéficier l’air neuf de l’inertie thermique de la terre

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Un puits climatique est une installation qui a pour but d’améliorer le confort thermique d’une construction, tout en limitant les consommations d’énergie. Ce puits devient « canadien » lorsque sa vocation première est de préchauffer l’air entrant dans le bâtiment et « provençal » quand il s’agit, en priorité, de le rafraîchir.

Un puits climatique consiste traditionnellement à faire passer de l’air extérieur dans un réseau enterré à une profondeur comprise entre 1,5 et 2,50 m, avant de l’insuffler dans le bâtiment. À 2 mètres de profondeur, la température du sol demeure comprise entre 5 et 15 °C, quand la température de l’air fluctue sous nos climats entre – 20 et 40 °C.

Un échange thermique ayant lieu entre le sol et l’air, la différence de température entre l’air entrant dans le puits et l’air sortant peut atteindre 8 à 10 °C. À titre d’exemple, lorsque la température extérieure est de l’ordre de  32 °C, la température de sortie du puits se situe autour de  23 °C. Inversement, quand la température extérieure est de – 7 °C, l’air extrait du puits avoisine les 2 °C.
 
À côté des procédés traditionnels à air, il existe de nouveaux systèmes à eau glycolée dont les performances en période hivernale sont comparables à celles des puits à air, mais sont en revanche moindres en période d’été. S’apparentant davantage à des systèmes de géothermie avec PAC, leur conception et leur réalisation, bien que relativement aisée, ne seront pas détaillées dans le présent article.
 

Un gain de 2 à 3 °C sur la température intérieure

 
• Lorsque la fonction première d’un puits climatique est de rafraîchir l’air, on l’utilise généralement seul comme système alternatif à une climatisation. Il permet alors d’abaisser de quelques degrés la température ambiante du bâtiment. « Si ce procédé n’offre pas le même niveau de confort qu’une climatisation et ne permet pas de garantir une température constante, il trouve néanmoins sa place dans un bâtiment bien conçu, disposant de beaucoup d’inertie, protégé du soleil l’été et surventilé la nuit. Le puits climatique permet dans ce cas d’abaisser l’inconfort à un niveau acceptable, inférieur à 50 heures en période normale et à moins de 150 heures en période caniculaire », souligne Stéphane Bedel, ingénieur en énergétique du bâtiment chez Izuba.
 
• En hiver, bien qu’il ne se substitue pas à une installation de chauffage, le puits climatique permet d’augmenter la température intérieure de 2 à 3 °C. « Son bénéfice énergétique est plus faible si l’installation est couplée à une ventilation double flux avec échangeur, qui permet de récupérer jusqu’à 90 % de calories sur l’air extrait, mais son association a l’avantage d’empêcher que l’échangeur de chaleur ne givre et évite ainsi le recours à une batterie antigel », remarque Jean-Robert Millet, ingénieur énergétique au Cstb.
 
Elle permet en outre de soulager le système de ventilation aux périodes de températures extrêmes, évitant du même coup de surdimensionner les équipements.
 
• Une installation de puits climatique s’adresse aussi bien au secteur résidentiel, individuel et collectif, qu’au domaine tertiaire (bureaux). Elle est toutefois d’un intérêt limité dans les bâtiments dont l’usage conduit à l’utilisation d’une climatisation (supermarchés) et dans les locaux fermés pendant la saison d’été ou d’hiver (écoles). Dans les établissements de santé où existent d’importantes contraintes sanitaires, se pose par ailleurs la question de la qualité de l’air extrait en raison du risque de condensation de l’air à l’intérieur du réseau. Or, il manque pour l’heure cruellement de données sur le sujet bien qu’une première étude, publiée par l’École Polytechnique de Zurich et intitulée « Mikrobielle Untersuchungen von Luftansaug-Erdregitern » de Barbara Flückinger, ait conclu à l’absence de risque sanitaire, sous réserve d’une filtration suffisante en amont, en aval et d’un entretien régulier.
 

De l’importance d’une approche globale

 
• Un projet de puits climatique implique la réunion d’un certain nombre de conditions liées au site et à la construction. De la nature du sol dépendant, en partie, l’importance de l’échange thermique, celle-ci devra ainsi être étudiée en termes de composition, de structure et de teneur en eau. De manière générale, il faut savoir que l’on obtiendra un meilleur résultat dans un sol argileux que dans un sol sablonneux. Une nappe phréatique trop élevée ou un terrain inondable sera en outre à éviter, car susceptible de provoquer des infiltrations d’eau dans le réseau enterré.
 
• La situation géographique du projet constitue un autre facteur à prendre en compte et sera d’autant plus intéressante que le climat y sera contrasté. « À l’Est de la France, où les hivers sont généralement très froids et les étés très chauds, l’installation est plus facile à rentabiliser que sur la Côte atlantique, où le climat est tempéré », note Jean-Robert Millet.
 
• Le projet requiert, en outre, une surface de terrain suffisante, car il faut dimensionner le réseau de manière à avoir un taux de renouvellement d’air de 2 à 3 volumes d’air par heure. La surface nécessaire représente environ le tiers de la surface à chauffer ou à rafraîchir.[…]

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