Mesures de température et CO2 – Maison témoin “Etna”

Dans le cadre du monitoring de l’installation de ventilation naturelle hybride (voir l’article Monitoring d’une installation de ventilation naturelle hybride), Ecorise a effectué des mesures préliminaires en utilisant les équipements en attente d’installation.

Ecorise en a placé une série de capteurs dans plusieurs maisons pendant quelques semaines.

L’article Bilan des maisons témoins présente un résumé des résultats de toutes les maisons témoins.

Le présent article décrit l’une de ces maisons.

Seuils de CO2 dans le cas d’un bâtiment non ventilé

En ce qui concerne le CO2, nous ne connaissons pas de seuil officiel en Suisse pour les bâtiments non ventilés, mais le SECO (Secrétariat d’État à l’économie) donne une piste : les performance des travailleurs diminuent avec l’augmentation de la concentration en CO2 (Voir L’impact d’un air ambiant de bonne qualité sur l’efficacité au travail). D’autres sources indiquent qu’une concentration en CO2 d’environ 1000 ppm constitue un seuil à ne pas dépasser…

Pour les bâtiments ventilés, une norme suisse décrit des catégories de qualité de l’air ; voir à ce propos l’article concernant la Maison témoin “Stromboli”.

À titre de simplification, nous considérerons que la limite de la concentration en CO2 est la même pour un bâtiment non ventilé que pour un bâtiment ventilé : 950 ppm.

Description de la maison témoin “Etna”

La maison témoin “Etna” est un chalet moderne très bien isolé et étanche à l’air, mais ne disposant pas de ventilation. Il est occupé par deux adultes. L’un des adultes (que nous appellerons Caroline) travaille à domicile dans une pièce de la maison transformée en bureau, l’autre est retraité.

Nous avons placé un capteur dans le séjour (situé à l’étage et attenant à la cuisine), un autre dans le bureau, un autre dans la salle de bain et un dernier dans la chambre à coucher (située au rez-de-chaussée).

La porte de la salle de bain étant souvent ouverte, on s’attend à ce que le capteur de la salle de bain donne régulièrement des résultats proches de celui du séjour.

Graphiques et commentaires – Jour 1

Maison témoin Etna - Mesure du CO2 - Jour 1

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A. À 08:45, Caroline s’installe dans son bureau et se met au travail. La concentration en CO2 se situait déjà à un niveau élevé avant son arrivée, et augmente d’environ 500 ppm par heure avec sa présence.

B. Entre 10:00 et 11:00, Caroline quitte son bureau et y revient plusieurs fois, laissant à chaque fois la porte ouverte.

C. À 11:00, la maison est aérée, ce qui fait chuter la concentration en CO2 du séjour et du bureau à un niveau proche de celui de l’air extérieur.

C’. En parallèle, l’air extérieur pénétrant à l’intérieur, la température intérieure au séjour et au bureau diminue. On voit qu’elle chute de plusieurs degrés pour ensuite remonter un peu. Au final, l’air intérieur aura perdu moins d’un degré. Dans le bureau, la température descend un peu plus car la fenêtre est située à l’ouest où l’air environnant est encore frais à ce moment là.

D. Caroline prend son repas de midi au séjour.

E. À 13:20, Caroline retourne au bureau.

F. À 14:45, le bureau est brièvement mais efficacement aéré. La concentration en CO2 diminue à une valeur proche de celle de l’air extérieur.

F’. En parallèle, la température du bureau diminue. Elle diminue toutefois peu pour deux raisons : l’aération est brève (5 minutes), et la fenêtre est située à l’ouest qui est une orientation encore relativement chaude à cette heure-là. On peut donc affirmer qu’une telle aération est efficace tant au niveau de l’énergie que du confort.

G. À 17:00, Caroline ouvre la porte de son bureau. L’air chargé en CO2 se mélange avec celui du séjour moins chargé (on devine un petit pic d’augmentation sur la courbe du séjour, dont le volume est beaucoup plus grand que le bureau). Elle referme ensuite la porte du bureau et continue son travail.

H. À 19:00, Caroline a terminé sa journée de travail et quitte son bureau pour rejoindre le séjour. L’aération par la fenêtre ou au travers du séjour lui a évité une concentration en CO2 trop élevée.

I. On note toutefois que la concentration moyenne en CO2 augmente progressivement au cours de la journée malgré les aérations ponctuelles.

Graphiques et commentaires – Jour 2

Maison témoin Etna - Mesure du CO2 - Jour 2

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Maison témoin Etna - Mesure de la température - Jour 2

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A. À 18:00, les occupants sont au séjour et leur respiration fait progressivement augmenter la concentration en CO2 dans l’air. L’air du séjour se mélange à celui de la salle de bain, la porte étant restée ouverte.

B. À 23:40, le bâtiment est aéré : les fenêtres du séjour sont ouvertes, ce qui aère aussi la salle de bain dont la porte est encore ouverte. On peut voir la concentration en CO2 diminuer rapidement au séjour et à la salle de bain.

B’. En parallèle, la température des pièces diminue un peu mais remonte rapidement à des niveaux agréables. On peut voir sur la courbe de température de la salle de bain que l’eau chaude de la douche contribue à chauffer la salle de bain.

C. À 23:47, les occupants utilisent la salle de bain. Cette dernière étant petite et la porte étant fermée, l’augmentation de la concentration en CO2 est très rapide. Dès que la porte est rouverte, l’air se mélange avec celui du séjour.

D. À 00:06, les occupants se retrouvent dans la chambre à coucher. La concentration en CO2 dans cette pièce augmente de 500 ppm à 1000 ppm entre 00:06 et 00:29, soit une augmentation de 1300 ppm par heure ! Ceci est dû au fait que la pièce n’est pas très grande, qu’elle est étanche à l’air et qu’elle ne dispose pas de ventilation.

E. La concentration en CO2 continue à augmenter jusqu’à saturer le capteur (2000 ppm) à 01:48 du matin. Bien que le capteur ne l’indique plus, tout laisse penser que la concentration en CO2 continue à augmenter bien au-delà de 2000 ppm.

F. À 04:38, une fenêtre est ouverte pour aérer la chambre. La concentration en CO2 chute rapidement et demeure faible. La fenêtre reste ouverte pendant le reste de la nuit.

F’. La température de la chambre diminue légèrement mais est compensée par la chaleur dégagée par les deux occupants. On notera qu’il ne fait pas particulièrement froid dehors.

G. À 08:45, quelqu’un utilise la salle de bain pendant environ cinq minutes. L’autre occupant fait de même après quelques minutes.

H. Les deux occupants occupent ensuite le séjour, où l’on peut voir la concentration en CO2 augmenter progressivement, mais moins vite que dans la chambre puisque le volume d’air du séjour est beaucoup plus grand.

J. À 10:50, la maison est aérée et la concentration en CO2 chute à nouveau. Les fenêtres restent ouvertes.

J’. Là aussi la température diminue un peu, mais le temps clément évite de trop refroidir le bâtiment.

Analyses

Ces résultats nous permettent de constater plusieurs points essentiels :

  1. Des concentrations de CO2 élevées sont fréquemment constatées.
  2. L’augmentation de la concentration en CO2 est très rapide, surtout dans les petites pièces.
  3. L’aération manuelle par les fenêtres est très efficace : elle fait chuter la concentration en CO2 en un temps record sans toutefois refroidir le bâtiment.
  4. Bien que la gestion de l’aération soit bien réalisée, il faudrait aérer plus fréquemment pour conserver des concentrations en CO2 basses. Dans un tel cas, le bâtiment serait refroidi et il faudrait dépenser plus d’énergie de chauffage.

Lors de l’utilisation d’un poêle à bûches à chargement manuel (par opposition à un chauffage central “invisible” ou automatique), les occupants se prennent rapidement au jeu : ils connaissent la météo, comprennent à quelle heure ils ont intérêt à faire un feu et savent doser la quantité de bois pour conserver une température régulière et agréable.

Conclusion

La maison témoin “Etna” est très bien construite : les fenêtres sont bien dimensionnées, l’isolation est efficace et l’enveloppe est étanche à l’air, ce qui permet des économies de chauffage substantielles. Toutefois, l’aération manuelle est insuffisante et des concentrations en CO2 élevées sont courantes.

Ecorise étudie actuellement la possibilité d’ajouter un système de ventilation contrôlée, le plus simple possible, de manière à contribuer efficacement à un meilleur confort.

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