Chaud / Froid

Quels sont les sujets traités par la technique thermique ?

La technique de chauffage dans le secteur du bâtiment comprend la production, le stockage et la distribution de chaleur pour le confort (chauffage et eau chaude sanitaire) ainsi que la chaleur industrielle. Les principales sources d'énergie pour la production de chaleur sont : le bois (bûches, pellets, copeaux de bois), la chaleur solaire, la chaleur récupérée, le chauffage urbain, le mazout, le gaz. Les pompes à chaleur utilisent comme source de chaleur : la chaleur ambiante, l'eau souterraine, l'eau du lac ou de la rivière ou la chaleur géothermique.

La cogénération (chaleur et électricité) permet de produire de l'électricité en utilisant simultanément la chaleur résiduelle. Le stockage de la chaleur de l'eau, de la glace et de la chaleur géothermique sont les principaux accumulateurs de chaleur. Les unités de stockage avec les matériaux à changement de phase (MCP) sont en cours de développement.

Quels sont les sujets traités par la technologie de la réfrigération ?

La technique du froid concerne les systèmes de production de froid pour le refroidissement de locaux ou de marchandises et pour les applications de congélation. Les machines frigorifiques sont des pompes à chaleur. Selon la gamme de capacité : évaporateur direct, refroidisseur compact, refroidisseur d'eau, refroidisseur sec ou humide. Les réfrigérants utilisés sont en constante évolution.

 

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Façade sud, complétée avec le produit d’accroche et le crépi.

Optiquement, on ne voit presque pas de différence entre la moitié rénovée de la maison familiale double et l’autre moitié (à droite). (Photos et illustrations: Markus Hubbuch)

Façade sud après l’achèvement des travaux.

L’image thermographique montre clairement les déperditions de chaleur plus faibles (températures de surface inférieure) de la partie rénovée (à gauche).

En bas: paroi extérieure brute après avoir enlevé le vieux crépi. Au-dessus: la première couche de tapis d’aérogel de 10 mm.

Façade sud avant la rénovation.

Rebord de la fenêtre et montants latéraux après l’achèvement. Le nouvel enduit de finition de côté est d’environ 1 cm.

Façade sud après l’application des nattes d’isolation en aérogel (2×10 mm).

Vue en coupe: isolation extérieure avec tapis d’aérogel, 2×10 mm.

Façade sud, complétée avec le produit d’accroche et le crépi.

Récapitulation des coûts pour le ravalement de façade d’une demi-maison: 90 m² tapis d’aérogel 2×1 cm (Fr. 470.–/m2), 45 m2 HiCompact 10 cm (Fr. 375.–/m2), 20 m2 isolation périphérique (Fr. 250.–/m2).

Façade sud après l’achèvement des travaux.

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En bas: paroi extérieure brute après avoir enlevé le vieux crépi. Au-dessus: la première couche de tapis d’aérogel de 10 mm.

Façade sud avant la rénovation.

Rebord de la fenêtre et montants latéraux après l’achèvement. Le nouvel enduit de finition de côté est d’environ 1 cm.

Façade sud après l’application des nattes d’isolation en aérogel (2×10 mm).

Vue en coupe: isolation extérieure avec tapis d’aérogel, 2×10 mm.

Modernisation de façade d’une maison (construite en 1932), avec des nattes isolantes d’aérogel

Avec deux centimètres d’isolation thermique, vers la maison à énergie zéro

La réhabilitation des bâtiments existants est essentielle pour la transition énergétique. Et en particulier, l’isolation des façades qui est souvent en conflit ouvert avec l’apparence de l’immeuble. Le revêtement des bâtiments existants, avec 20 cm de matériau d’isolation, change beaucoup son identité visuelle et c’est donc souvent impossible. Mais il est possible, avec 2 cm d’aérogel isolant, de créer les conditions pour une maison énergie zéro, sans altérer esthétiquement le bâtiment.

Beaucoup de bâtiments des années 1900 à 1960 sont traditionnellement construits avec des murs de briques, ils ont des valeurs U des façades non rénovées d’environ 1W/m2K. Ces structures sont peu satisfaisantes, du point de vue énergétique et surtout au plan confort. Enoutre, il existe un risque considérable de cas de moisissures, en particulier si les fenêtres sont remplacées.

L’auteur montre, comme exemple avec sa maison de famille mitoyenne dans la ville de Zurich, la façon dont un tel objet peut être restauré sans modifier son apparence. Le bâtiment a une partie autonome et une partie lotissement.

Modernisation en étapes
La maison, construite en 1932, a été transformée en 1998, des galetas ont été emménagés et isolés. Peu de temps après, les fenêtres ont été changées.

L’ancienne chaudière à mazout a été remplacée, en 2002, par une chaudière à condensation murale à gaz. Le local citerne a été transformé en une chambre d’hôte.

En 2008, une lucarne avec deuxième salle d’eau a été créée. En même temps, l’ancien système de circulation thermosiphon a été condamné (eau chaude).

Avant les transformations, la consommation d’énergie par an était d’environ 4000 litres d’huile de chauffage; elle a ensuite diminué presque de moitié avec 2200 m³ de gaz naturel, et ce, malgré 32% de plus grandes surfaces énergétiqus de référence. La modernisation par étapes a facilité le financement et aussi permis d’obtenir des avantages fiscaux.

En 2011, c’était l’isolation extérieure des façades qui était au programme. Une isolation intérieure n’entrait pas en ligne de compte, car elle aurait, d’une part, réduit la surface des chambres et presque tout l’intérieur aurait nécessité une réhabilitation globale. En plus, la physique du bâtiment aurait été défavorable et la maison perdait ainsi une grande partie de sa masse thermique active. Et, au cours des années suivantes, il était prévu d’installer un système solaire hybride (photovoltaïque et absorbeur thermique) et un système géothermique avec pompe à chaleur qui fournirait assez d’énergie ambiante pour que le bilan permette d’avoir une maison à énergie zéro. Avec la chaleur solaire gagnée, l’échangeur de chaleur géothermique peut être régénéré. Sachant que dans la région, de nombreux voisins ont déjà créé des systèmes géothermiques, il y a déjà un champ de sondes géothermiques assez important. Et sans régénération active, à long terme,il peut y avoir des problèmes: la température source de chaleur pourrait tomber régulièrement au cours des années.

Les façades de devant, avec l’aérogel isolant
Les faces visibles de la route, soit l’est et le sud, ont été recouvertes avec des plaques d’isolation aérogel et un système de crépis isolés correspondants. Ces deuxfaçades sont aussi munies de fenêtres avec des montants synthétiques.

Le revêtement peut être comparé avec le grain grossier d’un crépi externe d’environ 1 cm. Sur la face opposée à la route, soit le côté ouest, il n’y a pas de montants de fenêtres.

Pour faire de la place à la nouvelle isolation de 2 cm, le vieux crépi d’environ1,5 cm d’épaisseur a été gratté et éliminé sur les façades est et sud. Après le lissage de certains endroits, deux couches de tapis d’isolation ont été appliquées de façon décalée.

Ces tapis isolants ont été collés, puis fixés avec des chevilles en plastique spéciales; le tout est fixé avec des clous en plastique dans les chevilles creuses et l’ensemble sert de base pour les crépis. Une couche de crépi d’environ 1 cm d’épaisseur permet de créer le rendu final. Le crépi qui est appliqué est tout à fait normal, avec du gravier. La surépaisseur totale n’est que d’environ 3,5 cm. Ainsi, le nouveau crépi autour des montants des fenêtres n’est que de 1 cm. A cet endroit, un chanfrein a été créé. Dans l’ensemble, cela se traduit par un ensemble très propre et c’est seulement en regardant de plus près que l’on peut voir une différence par rapport à l’état initial (voir photo).

La façade a été peinte avec une peinture minérale diffuse. En liaison avec l’épaisse couche de crépi minéral et par nuit claire, une formation de film d’eau peut être empêchée et ainsi, la rosée se diffuse dans le crépi. Ainsi, il n’y aura pas de formation d’algues sur la façade et à long terme l’utilisation problématique d’algicides ne sera pas nécessaire.

La façade a ainsi atteint une nouvellevaleur U d’environ 0,42W/m2K, alors qu’avant, elle était d’environ 1,1 W/m2 K. Il reste tout de même un pont thermique autour des montants des fenêtres. Mais, lors des deux hivers après la rénovation, ces points faibles n’ont causé aucun problème. Aussi, la représentation thermographique de la façade rénovée montre que, par rapport à la façade non assainie de la partie voisine non rénovée de la maison, une amélioration significative a été obtenue. Les chevilles en plastique ne sont pas visibles sous les crépis; c’est-à-dire qu’elles n’ont aucun effet de pont thermique.

Revenons aux panneaux isolants à haute performance
La façade ouest à l’arrière a été isolée de façon classique, mais avec des panneaux-sandwich avec noyau de haute densité, n’ayant qu’une épaisseur de 10 cm; la valeur U de la façade rénovée était de 0,2W/m2K. Mais il était impossible d’ouvrir ou de fermer la petite fenêtre alors existante. En plus, le rebord du toit étant très serré, il aurait été impossible d’intégrer une telle épaisseur d’isolation.

Dans un tel cas, les anciens appuis de fenêtre auraient dû être sciés et remplacés par les rebords de fenêtre en aluminium et les cadres de fenêtres auraient été isolés avec une couche d’aérogel. Ce travail supplémentaire aurait eu des coûts similaires, par mètre carré de façade, à l’isolation d’aérogel. L’avantage de la méthode utilisée restait tout de même une valeur U plus favorable.

La réduction des ponts thermiques est compliquée
Le dessous du revêtement de la toiture a été démonté puis reconstruit après les travaux d’isolation. Il fallait éliminer les ponts thermiques qui sont apparus sur les images thermographiques.


Sur le pourtour de la maison, il a fallu créer une tranchée de 0,6 m de profondeur. Une isolation de 10 cm d’épaisseur et d’environ 1 mètre de profondeur a été posée sur tout ce périmètre. La face supérieure formant ainsi le socle de base de l’immeuble. Cela a demandé un effort considérable pour la repose des dalles pour les sièges et l’entrée.

Analyse des coûts: le travail est coûteux, pas le matériel
L’évaluation des coûts de construction montre que la plupart des frais sont causés par les heures travaillées et non par les matériaux utilisés. Si le prix du tapis aérogel était de moitié moins cher, cela influencerait les coûts totaux d’environ 10%, pas plus. La somme de tous les travaux nécessaires comprend, entre autres, les travaux d’expansion et réinstallation de fenêtres, montants non négligeables qui ne sont pas récupérables par les économies d’énergie.

Conclusions
Le bilan énergétique annuel permet de dire que de cette manière la maison a plus ou moins atteint le niveau énergie zéro, ce qui correspond aux objectifs de la société, soit 2000 watts et 1 tonne de CO2. Au lieu de discuter sur le sens et le non-sens de l’isolation plus épaisse (sans isolation thermique, on n’obtient rien!), l’application de nouveaux matériaux et des approches novatrices devraient être encouragées. Puisque cette solution n’a pas atteint les dernières valeurs U requises sur tous les côtés (bien que des modifications permettant la détection du système d’isolation thermique puissent également être fournies), aucune subvention n’a pu être obtenue.