Stockage (tampon) thermique dans le sol par galets?

[dedeleco]

Ce site indiqué par Aumicron est vraiment très bon, un modèle pédagogique, clair et il est essentiel de bien apprendre et comprendre toutes les infos données même pour une isolation ordinaire, pour éviter des erreurs.
Il propose à la fin la circulation d'air par convection naturelle pour récupérer la chaleur d'été et la réutiliser en hiver sans le moindre ventilateur. C'est bien plus difficile qu'un ventilateur ou fluide caloporteur et ils ne cachent pas la difficulté avec sa limitation à un seul climat.
Néanmoins, il finissent sur un constat qu'il faut changer les règlements trop contraignants sur une seule solution qui oublie les autres.

Nous voici arrivés au terme de ce voyage vers l'habitation bioclimatique parfaitement passive. Comme vous vous en doutez, une telle habitation ne ressemble plus vraiment à l'idée qu'on se fait habituellement d'une maison, et c'est pourquoi il est difficile d'arriver à la construire en France aujourd'hui car :

* Les règlements d'urbanisme l'interdisent
* Les entreprises n'ont pas les compétences pour construire ce genre de batiments
* Les banques ne financent pas
* Les assurances n'assurent pas, car les constructions sont hors-normes et hors DTU
* Et surtout, le citoyens ne veulent pas vraiment non plus se construire une maison qui ne ressemble pas à une maison...

A mon avis avec des échangeurs avec eau de type chauffage central, des forages de 3 à 6m et panneaux solaires thermiques simples, il est possible de transformer une maison ordinaire en la changeant peu, en maison quasi passive, surtout si on peut utiliser un jardin, qui permet d'augmenter le volume de stockage sans trop dépenser pour diminuer les pertes thermiques de la maison.
Au lieu de chercher à supprimer les dernières calories perdues à un coût très élevé (au point qu'on renonce dans les maisons anciennes), il semble moins cher d'utiliser un stockage de la chaleur de l'été optimisé pour limiter son coût.

[Aumicron]

Pour ceux qui s'intéressent au stockage dans le sol par convection naturelle sans l'aide d'un ventilateur, voir ce sujet :

https://www.econologie.com/forums/petite-que ... t9597.html

[Aumicron]

Sur un autre sujet, minguinhirigue à écrit :

dedeleco, je vois que tu es très actif sur le sujet du stockage intersaisonnier, je suis une peu chargé en ce moment mais j'essaye de refaire un point ce week end sur les documents et les sites que j'ai en ma possession à ce sujet

Un aperçu d'une intervention de minguinhirigue sur le sujet ici :

https://www.econologie.com/forums/stocker-de ... tml#136865

[minguinhirigue]

Bonjour à tous, salut Aumicrons, j'avais en effet fait différentes interventions sur le forum en parlant de stockages intersaisonniers (3 à 6 mois) :
- passifs en m'appuyant sur les liens wiki et earthshelters
- aéroliques, en m'appuyant sur les tunnels à galets construits et fonctionnels du sud de la France, et les expérimentations et études Suisse pour le stockage d'énergie thermique dans des puits canadiens : http://www.unige.ch/cuepe/html/biblio/p ... me_jmz.pdf ; http://www.unige.ch/cuepe/html/recherch ... .php?id=10 ; http://www.unige.ch/cyberdocuments/thes ... these.html
- hydrauliques, en l'illustrant avec des installations de très grande taille en Allemagne : http://www.solarge.org/uploads/media/1_ ... angold.pdf

Si le tunnel à galet est bien l'objet de la discussion, ce qui nous intéresse, c'est les questions aéroliques.

Sur la maison Brugeille du post une maison solaire à tampon thermique presque autonome, l'architecte "CRETE" présente un système de tunnel à galet :
- 3 tunnels à galet, à 2m50 sous la dalle de RDC, 80 cm de haut, 5ml, soit environ 6m3 (la commande totale de galets est de 12m3 (volume augmentée, ou autre poste d'utilisation, il ne précise pas).
- 125m2 surf habitable
- véranda orientée plein SUD d'une surface dévéloppée (toit + parois verticales SE et SO ) = 36 m2
- débit d'air variable de 150 à 1200m3/h : la nuit = débit VMC ;
le jour en plein soleil = chauffage direct OU stockage entre 600 et 1200m3/h en boucle entre véranda et stockage ou intérieur

Il couvre 30% des besoins de chauffage et 50% des besoins de clim avec ce dispositif.

Les germes et poussières en tout genre sont réglés avec un géotextile (dans le tunnel) et les filtres adéquates, mais il est aussi possible de mettre un échangeur pour supprimer tout risque sanitaire (pour les inquiets de l'air propre).

Les tunnels à galets font office d'échangeurs thermiques avec le terre-plein :
- 300 m² de terre sèche sous la maison.
- chauffe l'été, de 14-17°C jusqu'à 26-28°C (grâce à l'air chaud en haut de la serre (parfois plus de 40°C))
- se refroidit l'hiver de 26-28°C jusque 14-17°C (en partie via l'air du tunnel, en partie via la migration de chaleur dans la couche de terre autour du tunnel, la vague de chaleur remonte jusque à la dalle sur terre-plein non-isolé en 3 mois (environ 84 cm parcourus par une vague de chaleur dans un massif d'argile sec (diffusivité = 0,0020 m²/h), 114 cm dans un massif de sable sec et graviers (diffusivité = 0,0037 m²/h)
- des pertes parasites se font en périphérie de la maison : en considérant la terre périphérique comme un milieu infini de température constante en sable et graviers, on voit que la vague de chaleur des tunnels atteint moins de 3 mètres sur l'année. Première approximation à partir de la formule de diffusité simple).

Ce système à l'avantage d'être plus compact qu'un puits canadien (moins de canalisations), d'être théoriquement plus performant, d'être relativement simple à installer (travaux de fouilles en même temps que les fondations, plans de gaines relativement simples), et d'être simple d'entretien une fois installé.

Il y a cependant relativement peu d'exemples de réalisations fonctionnelles, (hormis celle de l'architecte ci-dessus, je ne connais que quelques tunnels de très grande taille pour des bâtiments écologiques démonstrateurs !), et les pertes thermiques à l'usage peuvent venir à bout de l'intérêt économique face à d'autres systèmes classiques si des travaux de fondations importants ne sont pas nécessaires. De plus l'étude physique du dispositifs s'appuyant sur des systèmes à déphasage intersaisonniers, une étude sérieuse de dimensionnements implique des outils nouveaux pour les thermiciens du bâtiments (calcul des variations dynamiques des conditions de températures à la frontière entre le tunnel à galet et le terre-plein, et le terre-plein et la dalle de RDC.). Ce n'est pas insurmontable, mais pas fréquent non plus.

Les études Suisses présentées plus haut traitent de questions similaires :
- Echangeurs air/sol : l'air entrant en hiver ressort avec les calories de l'été... mais leurs résultats donnent des dimensions importantes (100 à 500 m) car l'échangeur n'est qu'un paroi en béton ou en PVC (moins efficace que le tunnel à galet). Voir l'application intéressante à des serres à Séville ou Genève.
- rafraichissement des bâtiments par déphaseur thermique contrôlé : l'air entrant en hiver ressort avec les calories de l'été... là, les dimensions du théoriques du tunnels sont gigantesques (plusieurs km) pour le déphasage annuel, car les échanges thermiques avec le milieu environnant ne sont pas considérés.

[minguinhirigue]

Il y a bien sur aussi la technique passive, qui se passe de transmission de chaleur par l'air (convection), mais fait le tout par conduction, directement depuis les pièces à vivre.

Le principe est d'avoir un maison conçue de façon à ce que sans chauffage, la température moyenne annuelle soit entre 18 et 23°C, qui échange cette température librement avec le sous-sol sur lequel elle est bâtie.

Ca peut être une maison BBC, mais aussi une simple maison solaire (amplitude de température jour/nuit plus importante).

Les premières journées chaude d'été, la maison chauffe l'échangeur avec le sol, encore à l'ombre et tout frais sorti du premier chantier, il est entre 15 et 20° quand dehors il tape 26°C et 36° sous la serre (cf. températures des puits canadiens) !
Le mur chauffe tout l'été, et il transmet progressivement la chaleur reçue à la terre stockée sous la maison... Il ne dépasse jamais la température estivale moyenne (entre nuit et jour : 24° C dans une maison bien conçue, bien ventilée, et pas trop au sud !)

Le mur ayant chauffé, l'hiver arrive, il est autour de 24°C. Phénomène inverse, la chaleur migre, elle revient des profondeurs du la terre chauffer une maison qui dès que le soleil tombe passe sous les 18°C minimum... Si la maison est bien conçue, la température moyenne en hiver ne descendra jamais sous les 18° (apports solaires, et personnels, faibles déperditions...). Le stockage thermique non plus... 18°C à la fin de l'hiver, parfait pour écrêter les premières chaleurs de l'été !

Ce système peut être réalisé avec de la terre, des galets, du sable, des remblais, mais en faisant attention à ne pas laisser un matériaux trop poreux (convection). L'élément est d'empêcher les infiltrations d'eau dans le stock thermique.

Petit illustration, en prenant la formule de pénétration d'un signal thermique sinusoïdal annuel ("vague de chaleur") dans un milieu semi-continu massif à l'aide de la diffusivité de :
1 - la terre : 0,0011 m²/h
2 - pierres naturelles poreuses : 0,0018 m²/h
3 - pierres naturelles non poreuses : 0,0040 m²/h
4 - béton plein : 0,0028 m²/h
5 - terre humide : 0,0050 m²/h

On obtient des profondeurs approximatives de pénétration de l'onde de chaleur dans le sol :
1 - la terre : 1,24 m
2 - pierre naturelle poreuses : 1,58 m
3 - pierre naturelle non poreuses (granites) : 2,36 m
4 - béton plein : 1,97 m
5 - terre humide : 2,64 m

L'auteur de earthshelter conseille donc avec raison de couvrir le sol en débord de la maison pour éviter d'humidifier le "stock thermique".