Ceci est le quatrième article d'une série de blogues rédigée par Craig Anderson, qui documente la conception et la construction d'une maison hors-réseau, chauffée passivement et certifiée LEED Or. Voir le premier article du blogue sur les maisons hors-réseau ici, l'aperçu. ou le deuxième article sur les choix de conception et de construction ici. ou ici pour le troisième article sur la production d'électricité hors-réseau.
Étant novice dans la vie hors-réseau, je n'ai pas fait le meilleur choix initial pour notre système de chauffage. Afin d'aider les autres à ne pas commettre les mêmes erreurs, je vais exposer ce que nous avons fait et en quoi c'était problématique, ainsi que la manière dont nous avons corrigé les problèmes pour l'avenir.
Ce que nous avons installé initialement
Nous avons installé un système de chauffage hydronique alimenté par une chaudière au propane (une Trinity LX150). Le système comprend un plancher chauffant en béton au niveau inférieur avec quatre zones (une pour chaque chambre et une pour la salle de bain), et deux plinthes hydroniques à l'étage. Ce système offre des planchers incroyablement chauds et confortables dans les chambres lorsque nous utilisons le système de chauffage. Certaines personnes avec des planchers chauffants ne profitent pas souvent de cette expérience de pieds au chaud dans les maisons à haute efficacité, mais cela n'a pas été notre cas. Comme la maison est principalement utilisée comme résidence de fin de semaine en hiver, nous augmentons considérablement le chauffage à notre arrivée. Nous devons porter des chandails chauds en entrant, mais nous avons ensuite une journée complète où le sol est bien chaud.
Le système de chauffage secondaire, et celui que j'apprécie beaucoup plus, est un poêle à bois autoportant, un Jotul F3CB pour être précis. C'est un poêle à haute efficacité relativement petit (42 000 BTU) de Norvège, mais il est plus que suffisant pour notre maison bien isolée. Le poêle est situé dans l'espace à aire ouverte de l'étage, et en quelques heures seulement, il peut faire passer cet espace de 1000 pieds carrés à haut plafond d'une température de « chandail » à une température de « shorts ».
Nous avons deux hivers d'utilisation pour mesurer notre consommation de propane et de bois, et la consommation a été à peu près conforme aux prévisions. Au cours des 12 mois précédant novembre 2015, nous avons brûlé 400 gallons de propane pour tous les usages, principalement pour le chauffage de la maison, mais aussi pour l'eau chaude sanitaire, le générateur de secours et une cuisinière au propane dans la cuisine.
Ma meilleure estimation est que 75 % de cela, soit peut-être 300 gallons de propane, ont été consacrés au chauffage des locaux. Pour le poêle à bois, nous avons brûlé un peu moins d'une corde de bois l'hiver 2014-2015, et avons eu un feu dans le poêle au moins une partie de la journée presque chaque jour où nous y étions l'hiver dernier. Pour l'année 2015-2016, la consommation de propane a été légèrement réduite à 350 gallons, et nous avons de nouveau brûlé près d'une corde complète de bois de chauffage.
Les problèmes liés à la première tentative
Le gros problème avec notre système de chauffage était qu'il était relativement complexe et fragile. Nous ne sommes pas là tout le temps pour faire fonctionner le poêle à bois, ce qui signifie que le système de chaudière devait vraiment prendre le relais. Le problème est que le système nécessite une alimentation électrique constante et assez importante au moment de l'année où il est le plus difficile de produire de l'électricité avec le système photovoltaïque.
À pleine puissance, le système de chauffage nécessite environ 400 W pour la chaudière et les pompes de circulation, ce qui signifie que s'il fonctionne 10 heures par jour (ce qui peut arriver les jours les plus froids de l'hiver), le système de chauffage à lui seul a besoin de 4 kWh/jour, ce qui représente presque la totalité de notre budget électrique quotidien cible. L'autre problème est que le système hydronique est sensible au gel, ce qui s'est produit au début de 2013 (notre premier hiver complet).
Nous avons perdu le courant cet hiver-là et avons eu quelques tuyaux d'eau gelés, ainsi qu'une rupture dans l'une des conduites de chauffage hydronique. Il y avait du glycol dans le mélange comme antigel, mais apparemment, l'installateur n'en a pas mis assez. Il a fallu une combinaison de circonstances très sérieuses pour mettre la maison en difficulté, à savoir que c'était la semaine la plus froide de l'année, nous étions partis une semaine pour rendre visite à la famille à Noël, il y a eu plusieurs jours de neige recouvrant les panneaux solaires et empêchant la production d'électricité, et le coup de grâce a été la panne du générateur de secours.
Mesures prises pour rendre la maison plus résiliente à l'avenir :
Nous n'avons donc aucune envie de répéter la situation d'urgence dans laquelle nous nous sommes trouvés pendant une bonne partie de ce premier hiver, et avons pris un certain nombre de mesures pour rendre notre maison plus résiliente face aux futurs problèmes mécaniques. Je prévois de discuter plus en détail de certaines de ces mesures dans un futur article, je ne ferai donc que souligner brièvement ici celles qui ne sont pas liées au chauffage. Qu'avons-nous fait ?
Configurer la maison pour qu'elle envoie des rapports de situation quotidiens par courriel donnant les conditions du système solaire, y compris l'énergie produite, l'énergie utilisée, le temps de fonctionnement du générateur, la température de la batterie. Ces rappels quotidiens m'informent du fonctionnement du système, et je sais que si je n'en reçois pas, il y a un problème avec les systèmes d'alimentation ou d'internet.
Augmenter le nombre de panneaux solaires. Pendant le premier hiver, le générateur a été nécessaire assez fréquemment sur une période de 6 mois, de l'automne au printemps, et c'était beaucoup trop souvent à mon goût. Par conséquent, nous avons doublé la capacité du système solaire.
Enfin, nous avons ajouté une nouvelle source de chaleur d'appoint qui ne dépendrait ni de notre présence quotidienne ni de l'électricité. Nous l'avons fait en utilisant une technologie plus ancienne et plus simple : un chauffage mural au propane à évacuation directe. Ceux-ci sont utilisés depuis de nombreuses années dans les garages, les ateliers, les chalets dans les bois, ainsi que dans un grand nombre de maisons hors réseau.
Si j'avais fait plus de recherches sur le chauffage hors-réseau, ou si j'avais reçu de meilleurs conseils, j'aurais peut-être décidé de répondre à tous nos besoins de chauffage avec quelques-uns de ces appareils dès le début. Le plus grand avantage de ces unités est qu'elles ne nécessitent aucune électricité pour fonctionner. Elles ont une veilleuse et un thermostat à thermopile millivolt, qui utilise un gradient de température pour produire le petit courant nécessaire au thermostat, et elles comptent sur la convection pour faire circuler l'air devant les éléments chauffants. Nous en avons installé un pour fournir une grande partie de la charge de base du chauffage, ainsi que pour garantir que la maison ne gèlerait plus jamais, quels que soient les problèmes avec le système électrique.
Comment dimensionner ce nouvel appareil de chauffage ? Je me suis fié à la compagnie de chaudières pour m'aider à prendre cette décision avec le système de chauffage d'origine, mais cette nouvelle installation a été une entreprise beaucoup plus pratique pour moi. Nous avons la chance d'avoir déjà un bon modèle énergétique de notre maison, car il était nécessaire pour la certification LEED (à discuter dans un futur article).
Le modèle donne une estimation de 33 200 000 BTU de chaleur nécessaire par an pour toute la maison, ce qui représente une réduction d'environ 70 % par rapport à une maison de taille similaire construite uniquement selon le code. Les appareils de chauffage sont généralement évalués en fonction des BTU/heure qu'ils produisent. Pour obtenir une première approximation de nos besoins de chauffage, j'ai pris la charge de chauffage pour l'année, divisée par 100 jours pour tenir compte de la partie la plus intense de la saison de chauffage, divisée par 24 heures par jour pour tenir compte d'un appareil fonctionnant à plein temps, ce qui donne :
Ce calcul supposerait que nous chauffons toute la maison à 70 °F (20 °C) avec juste l'unité murale pendant tout l'hiver. En réalité, nous maintenons un point de consigne plus bas, et cette unité maintiendra plutôt une zone locale de la maison à environ 65 à 70 °F, tout en permettant au reste de la maison d'être plus frais lorsque nous ne sommes pas là, et en continuant d'être chauffé par le système hydronique.
Ce calcul n'est qu'une estimation de la charge de chauffage moyenne, donc cette quantité de chaleur ne serait pas tout à fait suffisante pour chauffer toute la maison les jours les plus froids de l'hiver. Nous avons choisi le chauffage Empire DV215, une unité de 15 000 BTU, qui se trouve dans la chambre centrale, rayonnant de la chaleur vers le reste du niveau inférieur.
Après avoir installé le chauffage mural, j'ai découvert que notre modélisation énergétique incluait également un calcul des charges de chauffage de pointe pour la maison et le système de chaudière, ce qui correspond en fait assez étroitement au calcul que j'ai fait ci-dessus. Le calcul HERS de la charge de chauffage de pointe pour notre maison est de 23 400 BTU/heure. Ce nombre de 23 400 est la quantité de chaleur qui serait nécessaire pour suivre les jours les plus froids de l'année, et non le jour d'hiver typique que j'ai essayé d'estimer. Ce calcul de charge de pointe a également montré notre spécification de chaudière réelle, avec une puissance calorifique maximale de 136 000 BTU. C'est près de 6 fois notre charge de chauffage maximale et c'est largement surdimensionné, mais j'ai entendu maintes et maintes fois que les entrepreneurs en chauffage et en climatisation surdimensionnent généralement ces systèmes, et notre maison nécessite une charge de chauffage beaucoup plus faible que la maison standard.
Après un hiver complet d'utilisation, je peux rapporter que le chauffage mural a été un succès incroyable en termes de fiabilité et de réduction de la consommation d'électricité pour notre chauffage. Le chauffage a pu supporter essentiellement toute la charge de chauffage de la maison pendant les jours de semaine où nous étions absents en ville. Le chauffage a été placé dans la chambre des enfants et réglé à environ 67 °F. À notre arrivée après quelques jours d'absence, les pièces adjacentes étaient toujours à 60 °F ou plus, et l'étage était toujours plus chaud que 50 °F. À partir d'un tel point de départ, il était assez facile d'augmenter la chaudière, d'allumer un feu dans le poêle à bois, et d'être en manches courtes en moins de 2 heures.
Approfondissez votre expertise en construction durable au Québec et en France
Maîtriser les systèmes de chauffage hors-réseau est une étape. L'appliquer concrètement à un projet de construction ou de rénovation, en est une autre. Explorez ces guides conçus pour les chantiers québécois et francais :
- Aperçu du projet : Lisez la première partie de ce blogue pour un aperçu complet du projet de maison hors-réseau.
- Production d'électricité : Apprenez-en plus sur la production d'électricité pour une maison autonome.
- Appareils et mécanique : Passez à la partie 5 pour en savoir plus sur les appareils et les systèmes mécaniques.
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