Puits canadien pour garder hors gel un bâtiment non isolé

[belphegor]

Bonjour,
Nous cherchons à maintenir hors gel un bâtiment en bois d'environ 100m3 en utilisant un puits canadien. Un petit radiateur électrique pourrait servir d'appoint si nécessaire. Le bâtiment n'est pour l'instant pas isolé, mais nous espérons pouvoir poser une isolation sur la toiture et les murs et installer une fenêtre côté Sud-Est pour bénéficier d'un petit apport thermique solaire.

Profitant d'une excavation pour faire passer des tuyaux électriques à côté, nous envisageons de poser un puits canadien en boucle pour y faire circuler en circuit fermé l'air du garage pendant l'hiver dans le but de le réchauffer. Il n'est pas possible de poser le puits canadien plus profond que 100cm

J'ai utilisé le programme GAEA pour vérifier le bilan thermique du puits canadien, hélas pour le bâtiment je n'ai rien pour calculer. Voici les résultats:
-Tube de 100mm de 2x40m en boucle d'un tube qui avance de 40m, se tourne puits revient à l'origine par le même chemin séparé de 50cm du premier segment, le tout enfoui à 100cm.
-Volume du bâtiment 100m3
-Débit 50m3/h
Avec mon climat et le type de sol, GAEA me donne:
-82% rendement thermique en chauffage
-température minimum en sortie 4.5C

Si je comprends bien, ça veut dire que par exemple si la température d'air extérieur était de 0C et celle du sol à -100cm était de 10C, le puits canadien ressortirait de l'air à 8.2C même si l'air à l'intérieur du bâtiment était à 0C, donc à fortiori si la température de l'air dans le garage dépassait les 0C de température extérieur (du par exemple à l'inertie du bâtiment, à l'apport solaire de la journée), le puits canadien permettrait d'atteindre une température s'approchant de celle du sol. Evidemment les pertes thermiques du bâtiment pourraient composer cet apport de chaleur, mais je pourrais compenser ces pertes par de l'isolation voir par un petit radiateur d'appoint (si on ne peut l'éviter). On pourrait mettre un petit contrôle pour n'enclencher le ventilateur que lorsque la température du garage est inférieure de plus de 1C à celle du sol.

Qu'en pensez-vous? En climat continental (zone 7a), avez-vous déjà réussi à garder un bâtiment à faible inertie et sans isolation hors gel par ce moyen?
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[zaz789]

Bonjour,

Pour ce qui est des pertes du batiment, j'ai trouvé sur cette page des formules intéressantes :
http://herve.silve.pagesperso-orange....htm#Connaître les besoins annuel en chauffage

En particulier :
H = Coefficient de déperditions du logement en kW/K

A des fins de simplifications, H peut être obtenu de la manière suivante :
H = V x Ubât / 1000
V = Volume du logement en m3
Ubât = Coefficient d'isolation
V = volume en m3 du logement ou de la pièce
Ubât est le coefficient (ici détourné puisque normalement en W/(m².K) ) des déperditions en W/(m3/K).
Ubât = 0,75 W/(m3.K) habitation conforme à la RT 2000 (construit après le 2 juin 2001 mais bon nombre de logements antérieurs à cette date étaient déjà conformes à la RT 2000).
Ubât = 0,90 W/(m3.K) habitation très bien isolée.
Ubât = 1 W/(m3.K) habitation bien isolée.
Ubât = 1,2 W/(m3.K) habitation mal isolée.
Ubât = 1,4 W/(m3.K) habitation non isolée.

Dans votre cas, on aurait donc des perte de 100x1,4/1000 = 0.14kW/K.
Ce qui revient a dire que pour maintenir le bâtiment 10° au dessus de la température extérieure il vous faut y injecter 1400W.

On a donc la puissance dissipée par le batiment: Pd = 0,14x(Tint-Text)

Pour la puissance reçue par le puit, elle est liée a la temperature du batiment.
1m3 d'air pese 1,3 Kg, et l'air contient 710 J/Kg/K, soit pour 1m3 d'air 923J/K=923Ws/K = 0.256 Wh/K
(Ws = watt seconde).
La puissance reçu serait donc Pr = 0,256x(Debit ventilation)x(TPuits-TInt)


On cherche la temperature d'équilibre, soit Pr=Pd
0,14x(Tint-Text) = 0,256x(Debit ventilation)(Tpuits-Tint)

Après résolution : Tint = (0.256*Dv*Tpuits+0.14*Text)/(0.14+0.256*Dv*Tint)


Dans votre hypothèse on trouverait : (mettons Text = -10, Dv=50, Tpuits=8)
Soit 7.8°C

ATTENTION - Je ne suis pas expert en chauffage, je me contente d'essayer de calculer... je ne suis pas sur que tout le calcul soit valide.

Cela dit, le résultat est cohérent, puisque globalement, on a un batiment de 100m3 dont on remplace 50% de l'air chaque heure par de l'air a 8°, on a un peu de fuite, donc la température finale est 7.8°C.

Evidement, cela se base sur l'idée que la temperature de sortie d'air restera constante a 8°C sout un flux de 50m3/air. S'il fait très froid, cela ne sera plus le cas.

N'hésitez pas a commenter le calcul, je ne suis pas 100% sur que tout soit correct.

[zaz789]

Zut, je m'ai gouré

Y'a un soucis de watts et de killowatts.
Ce qui nous donnerait : Tint = (0.000256*Dv*Tpuits+0.14*Text)/(0.14+0.000256*Dv*Tint)

Soit dans votre cas -8°C pour une temperature ext de -10°C, flux d'air de 50m3/heure.
Pour le coup je trouve ça très très faible !

On n'atteint des températures positives qu'en injectant 600m3 d'air/heure à 8°C (temperature finale : 0.4°C, la maison dissipe alors 1,4kW en continu. En même temps, c'est vrai que chauffer avec de l'air a 8°, c'est pas gagné d'avance ).

Tout ça me semble curieux... est-ce que quelqu'un aurait la gentillesse de relire mes calculs?

[belphegor]

Merci pour ces calculs, en effet les deux versions semblent pas tout à fait réalistes. Mais j'ai lu qu'en Amérique il serait courant d'utiliser un puits canadien pour tenir hors gel des bâtiments éloignés.

[A voir en vidéo sur Futura]

[herakles]

Dans votre cas, on aurait donc des perte de 100x1,4/1000 = 0.14kW/K.

j'ai tiqué sur votre calcul à partir du Ubat = 1.4W/m3/K ( pour l'ancien que je suis , c'était similaire au coefficient de déperditions volumique G d'avant la RT 2000 ...(en W/m3/°C )

il fallait ( AMHA) écrire : 1.4*100*2.5/1000 ( si on suppose une hauteur dans ce local de 2.5m...) = 0.35kW par K
Pour maintenir à 5°C pour une T°C extérieure de -5°C , la puissance appelée serait de 3500W ce qui paraît plus cohérent
à 20°C par -5°C = 8750 W

A mon humble avis , un bâtiment en bois non isolé est encore plus déperditif qu'une maison en dur (épaisseur des murs, inertie , étanchéité à l'air ) , et un Ubat pour ce bâtiment en bois non isolé serait plutôt de l'ordre de 1.6 à 1.8 ....

Retenons 3000 W pour maintenir une T° légèrement supérieure à 5°C avec un débit d'air du puits canadien :
Supposons que l'air du PC soit à une T° de 10°C , il céde sa chaleur jusqu'à obtenir l'équilibre de 5°C soit un delta T de 5°C pour la masse d'air extraite du PC

la capacité thermique d 'un M3 d'air est de 0.34W , soit 1.7W/M3 pour une chute de la T° de 5°C

Il faudrait alors un débit considérable d'air de 1800m3/h à la louche : on tombe sur un autre souci : maintenir une vitesse de l'air dans le PC entre 1 et 2m/s pour optimiser le rendement thermique et les échanges air-terre

1800m3/h ou 0.5 m3/s , soit une section de passage de 0.25m2 ...ou 8 tubes hekatherm ou toyos en grès alignés en parallèle , écartés de 0.80m et longs de 30ml ... ou 14 tunnels de 4ml branchés en parallèle...( mais ca , c'est une autre histoire , à cause des pertes de charge plus élevées dans les galets , faut un ventilo un poil plus puissant , entre 180 et 240 W)

1800m3/h , c'est 7 fois le volume par heure pour ventiler le bâtiment ...

Conclusion : ISOLER ce foutu bâtiment en bois si on veut maintenir le hors-gel par -10°C.... ou mettre un gros radiateur de 5 à 6 KW...

Voili voilou , peut-être que je m'ai gouré aussi quelque part
j'ai pas pris en compte évidemment le degré d'humidité de l'air extérieur , la profondeur du puits canadien (idéalement 2m à 2.50 m)

[herakles]

ouais , en me relisant , je me disais bien que j'ai lu trop vite l'énoncé du problème , j'ai confondu 100 m2 et 100 m3 dans le premier message
Mes plus plates excuses

1.4*100/1000= 0.14KW /K

pour maintenir les 5°C intérieurs par -5°C = 1400W

Volume d'air (10°C ) à insuffler : 825 m3/h ou 0.23 m3/s , section du PC = 0.12m2 ou 4 tubes de diamètre 200 enfouis dans le sol à 2m de profondeur

Le calcul de zaz789 est donc cohérent , reste que le diamètre de 100mm pour le PC est trop faible ( 0.00785 m2) , il en faudrait 26 à 28 tubes de 100mm ...

Conclusion = ISOLER puis mettre un gros tube de D200 pour un débit de 150m3/h environ

[zaz789]

Merci pour ces calculs, en effet les deux versions semblent pas tout à fait réalistes. Mais j'ai lu qu'en Amérique il serait courant d'utiliser un puits canadien pour tenir hors gel des bâtiments éloignés.

Effectivement, j'ai lu la même chose moi aussi.
Peut-être que les calculs faits ici ne tiennent que pour des temperatures statiques uniformes, alors que l'on pourrait imaginer dans notre cas qu'il suffit de maintenir 5°C au centre du batiments, et d'avoir les murs à 0 voir -5°C ?

Le calcul de zaz789 est donc cohérent

Chouette ! J'avais vraiment des doutes

De mon coté j'essaie de maintenir hors gel une maison de 160m², peu isolée.

Je trouve un débit d'air nécessaire de 3000m3/h (ouille) pour tenir 3°C lorsqu'il fait -10°C dehors. Le puits génére alors une puissance de 4,5kW (ça c'est pas mal).

Le fond du soucis reste que l'air transporte très peu de chaleur, d'autant que le Delta de temperature est très faible (5°C entre la sortie du puits et la valeur recherchée). Donc il faut une ventilation surpuissante. Ou alors un capteur a eau, avec sol "chauffant" ?.

Mais je me demande si cela est bien juste en pratique : d'une part il est finalement très rare que la temperature reste a -10°C tout au long d'une journée en France (et même exceptionel en moyenne journalière). donc on a aussi des questions d'inertie a prendre en compte.

D'autre par, les valeurs de Ubat sont probablement calculées pour une température intérieure de 16°C minimum. Alors que par exemple à 0°C, les pertes par le sol deviennent totalement nulles, voire s'inversent : le sol d'une cave "chauffe" et la maintient d'ailleurs hors gel sans aucune ventilation.

Bref, le mieux serait de tester "grandeur nature"....

[zaz789]

Dans les alternatives, il y a aussi "solarventi" (voir le site du même nom) qui proclame pouvoir garder une maison hors gel sans aucune électricité, avec des capteurs solaires de chaleur et un ventilateur qui envoie l'air dans la maison. Mais ça a l'air un peu "magique", et très cher.

Je me demande si le fait que la maison soit en surpression ne modifie pas le calcul des pertes (puisqu'il n'y a par définition aucun air froid qui rentre, il y a même autour de la maison un "nappe" d'air plus chaud expulsé par la maison.

[herakles]

Une maison bien isolée sur un terre-plein avec tunnels à galets ou réseau de tuyaux grès en boucle de tikelman restera toujours hors gel , mieux même , reste au-dessus de 15°C environ sans aucune occupation humaine , volets fermés

Le Hall des Machines de l'ENSI à Valenciennes ( expérimentation des années 80 ) avait un tel stockage intersaisonnier , en fait un puits canadien boosté , placé sous la maison qui maintenait cette grande salle au-dessus de 14°C , et pourtant les murs et le toit n'étaient que modérement isolés ( béton cellulaire de 20 , toiture isolée par du shedisol alu de 16cm ..)

Un puits canadien peut être boosté par des capteurs à air quand il y a du soleil , du coup on peut gagner quelques degrés de plus .

[zaz789]

C'est bon a savoir !

Le gros défaut des calculs plus haut c'est qu'ils tablent sur une inertie nulle, ce qui est bien sur pas du tout réaliste, même dans le cas d'un abris de jardin (ou alors il est en aluminium, et totalement vide, mais dans ce cas c'est moyennement intéressant de le garder hors gel).

Une autre piste que je voudrais explorer pour cet hiver : installer une ventilation "dynamique" : insuffler de l'air dans la maison dès lors que l'air l’extérieur est plus chaud que l'air intérieur. Idéalement on arrive a maintenir la maison a la température max atteinte sur 3 ou 4 jours.

Je pense faire ça avec un arduino qui piloterai un aérateur. Des idées d'un montage plus simple tout fait ?

[herakles]

insuffler de l'air dans la maison dès lors que l'air l’extérieur est plus chaud que l'air intérieur. Idéalement on arrive a maintenir la maison a la température max atteinte sur 3 ou 4 jours.

L'aptitude de la maison à se réchauffer et à garder la chaleur des apports positifs est d'autant meilleure que cette maison a de l'inertie , et d'autant plus excellente que les parois sont bien réparties dans le volume habitable , et que le matériau présente une bonne diffusivité /effusivité à l'interface air-mur ..

Inutile de se faire d'illusions avec une maison trop bien isolée par l'intérieur et construite "légère" , genre cloisons placostil, ITI laine de verre+placo , plafond avec LDV , etc...on aurait tôt fait d'arrêter la ventilation ou d'ouvrir les fenêtres par beau temps

Anectode : L'ADEME avait fait une étude comparative entre les maisons d'avant 1950 et nos maisons contemporaines standard (ITI , etc..) et curieusement , les premières présentaient un bilan annuel pas si négatif : confortables en été et en mi-saison , même si elles sont difficiles à chauffer en période hivernale rude .
Sans vouloir l'avouer , l'ADEME a mis le doigt sur l'influence de l'inertie qui compense partiellement les défauts d'isolation d'où l'intérêt grandissant du couple ITE+inertie .

[zaz789]

Intéressant ! Dans mon cas, la maison n'est (pour l'instant) pas isolée. Les murs sont en pierre/chaux, ~40 cm d'épaisseur, avec un gros mur de refend en plein milieu, de même épaisseur. Coté inertie, ça doit être pas mal.

C'est le printemps que je trouve le plus dur dans ce type de maison - lorsqu'elles sont inhabitées l'hiver : le froid a fini par rentrer dans la maison, et il est très très dur de rechauffer, quand bien même il fait a ce moment plus chaud dehors que dedans.

[herakles]

Intéressant ! Dans mon cas, la maison n'est (pour l'instant) pas isolée. Les murs sont en pierre/chaux, ~40 cm d'épaisseur, avec un gros mur de refend en plein milieu, de même épaisseur. Coté inertie, ça doit être pas mal.

C'est le printemps que je trouve le plus dur dans ce type de maison - lorsqu'elles sont inhabitées l'hiver : le froid a fini par rentrer dans la maison, et il est très très dur de rechauffer, quand bien même il fait a ce moment plus chaud dehors que dedans.

tout à fait !! une maison habitée et occupée régulièrement avant , pendant et après l'hiver garde sa température de façon assez constante
Une trop longue absence laissera "entrer" le froid qui s'installe durablement , par exemple quand tu rentres en plein hiver après 15 jours passés aux Seychelles

l'inertie, c'est comme une grosse éponge , une fois mouillée , elle met longtemps à sécher : le tout est de la mettre à l'abri de la pluie par exemple..

Inversement , un sopalin (pas d'inertie ) séche à la vitesse grand V ..

Exception : Si ta maison est enveloppée dans un cocon isolant , et qu'elle soit ventilée par une VMI "solaire" ( capteurs , véranda , air chaud extérieur , combles sous ardoises ..) à débit variable qui gère les apports de chaleur et s'auto-limite en cas de froid , tu la retrouveras pratiquement aussi confortable que si tu l'avais habitée toute l'année ..

[zaz789]

Intéressante l'idée des combles sous ardoises.
Dans mon cas, est-ce que je pourrais avoir intérêt a aspirer l'air du grenier (pour l'instant, ardoises non isolées) pour l'envoyer au rez de chaussée ?

En principe, il devrait avoir au moins la température extérieure (puisqu'il n'y a pas d'isolation), et parfois bien plus (lorsque le soleil tape sur la toiture).

Est-ce que ça serait mieux que d’insuffler de l'air extérieur au niveau du rez de chaussée ?
C'est vraiment curieux que ce type de produit n'existe pas "tout fait". Ca serait inversement bien pratique en été, pour profiter de la fraîcheur de la nuit, et la conception est assez triviale.