Pour être confortables, les bâtiments de tous les climats australiens nécessitent une certaine forme de refroidissement à un moment de l'année. Il existe de nombreuses façons de concevoir ou de modifier votre maison pour obtenir un confort grâce au refroidissement passif (non mécanique), ainsi que des approches hybrides qui utilisent des systèmes de refroidissement mécaniques.

Les stratégies de refroidissement passif les plus appropriées pour votre maison – y compris l'orientation, la ventilation, les fenêtres, l'ombrage, l'isolation et la masse thermique – sont déterminées par le climat, alors identifiez d'abord votre zone climatique en lisant Conception pour le climat. Vous pouvez ensuite appliquer les conseils plus détaillés ici et dans Chauffage solaire passif.

Tous les climats australiens, à l'exception des climats tropicaux (zone 1), nécessitent une certaine forme de chauffage en hiver, ce qui affecte les conseils relatifs au refroidissement. L'équilibre entre le refroidissement d'été et le chauffage d'hiver doit être ajusté au climat grâce à une conception passive appropriée. Les bâtiments à climat tropical, qui nécessitent un ombrage toute l'année et sont soumis à des principes de refroidissement passif très différents, sont examinés séparément ci-dessous.

Les conseils contenus dans cet article s'appliquent à la plupart des types de logements résidentiels; cependant, des conseils utiles supplémentaires peuvent être trouvés dans Acheter une maison hors plan, Acheter une maison existante, Rénovations et ajouts et Acheter et rénover un appartement.

Photo: Suntech Design

Les vérandas, la ventilation par le sol et les plantations ombragées gardent ce classique Darwin à l'aise dans la chaleur.

Les vagues de chaleur peuvent toucher simultanément de grandes régions, ce qui fait que la demande combinée des ménages en énergie de refroidissement culmine pendant quelques jours ou semaines chaque année en raison de l'utilisation accrue de la climatisation ou de pompes à chaleur pour le refroidissement pendant ces périodes. Cependant, avec une conception soignée pour le refroidissement passif, nous pouvons retarder ou éliminer cette demande de pointe.

Qu'est-ce que le refroidissement passif?

Le refroidissement passif est le moyen le moins cher de refroidir une maison en termes financiers et environnementaux. Un certain niveau de refroidissement passif est requis dans chaque climat australien à un moment de l'année.

Comme les exigences de refroidissement sont dictées par le climat, des approches distinctement différentes du refroidissement passif sont nécessaires pour:

  • climats chauds et humides (zone 1) où aucun chauffage n'est requis
  • climats tempérés et chauds (zones 2 à 6) où le chauffage et le refroidissement sont nécessaires
  • climats frais et froids (zones 7 à 8) où les besoins de chauffage sont plus importants.
  • Chaque climat est discuté séparément ci-dessous.

    Refroidir les gens

    Les facteurs affectant le confort des personnes (confort thermique humain) sont décrits dans la conception pour le climat et incluent des facteurs physiologiques et psychologiques.

    Pour être efficace, le refroidissement passif doit refroidir à la fois le bâtiment et les personnes qui s'y trouvent.

    L'évaporation de la transpiration est le processus de refroidissement physiologique le plus efficace. Il nécessite un mouvement d'air et une humidité modérée à faible (moins de 60%).

    La perte de chaleur radiante est également importante, à la fois physiologiquement et psychologiquement. Il implique un rayonnement direct sur des surfaces plus froides.

    La conduction contribue aux deux types de confort et implique un contact corporel avec des surfaces plus fraîches. Il est plus efficace lorsque les personnes sont sédentaires (par exemple, dormant sur un lit à eau).

    Refroidissement des bâtiments

    L'efficacité de l'enveloppe du bâtiment peut être maximisée de plusieurs façons pour minimiser le gain de chaleur:

  • protéger les fenêtres, les murs et les toits du rayonnement solaire direct
  • utiliser des toits de couleur plus claire pour refléter la chaleur
  • utiliser des zones isolantes et tampons pour minimiser les gains de chaleur conduits et rayonnés
  • utilisation sélective ou limitée de la masse thermique pour éviter de stocker les gains de chaleur diurnes.
  • Pour maximiser la perte de chaleur, utilisez les sources naturelles de refroidissement suivantes:

  • mouvement d'air
  • brises rafraîchissantes
  • évaporation
  • couplage de terre
  • réflexion du rayonnement.
  • Sources de refroidissement

    Les sources de refroidissement passif sont plus variées et complexes que le chauffage passif, qui provient d'une seule source prévisible – le rayonnement solaire.

    Des combinaisons variées de conception d'enveloppe innovante, de circulation d'air, de refroidissement par évaporation, de masse thermique couplée à la terre, de choix de style de vie et d'acclimatation sont nécessaires pour fournir un confort de refroidissement adéquat dans la plupart des zones climatiques australiennes. Un refroidissement mécanique supplémentaire peut être nécessaire dans les climats chauds et humides et dans des conditions extrêmes dans de nombreux climats, d'autant plus que le changement climatique entraîne des températures plus élevées pendant la journée et la nuit.

    Mouvement d'air

    Le mouvement de l'air est l'élément le plus important du refroidissement passif. Il refroidit les gens en augmentant l'évaporation et nécessite à la fois une capture de la brise et des ventilateurs pour le secours dans des conditions immobiles.

    Il refroidit également les bâtiments en transportant la chaleur hors du bâtiment sous forme d'air chaud et en le remplaçant par de l'air extérieur plus frais. L'air en mouvement transporte également la chaleur vers les systèmes de refroidissement mécaniques où elle est évacuée par les pompes à chaleur et recirculée. Cela nécessite des ouvertures bien conçues (fenêtres, portes et évents) et des chemins de brise sans restriction.

    Dans tous les climats, le mouvement de l'air est utile pour refroidir les gens, mais il peut être moins efficace pendant les périodes de forte humidité. Une vitesse de l'air de 0,5 m / s équivaut à une baisse de température de 3 ° C à une humidité relative de 50%. Il s'agit d'un effet de refroidissement physiologique unique résultant de la chaleur tirée du corps pour évaporer la transpiration. Le mouvement de l'air expose la peau à un air plus sec. Des vitesses d'air accrues n'augmentent pas le refroidissement à une humidité relative inférieure, mais des vitesses d'air jusqu'à 1,0 m / s peuvent augmenter le refroidissement par évaporation dans une humidité plus élevée. Des vitesses d'air supérieures à 1,0 m / s provoquent généralement une gêne.

    Brises fraîches

    Lorsque le climat fournit des brises rafraîchissantes, maximiser leur débit à travers une maison lorsqu'un refroidissement est nécessaire est un élément essentiel de la conception passive. Contrairement à l'air frais de la nuit, ces brises ont tendance à se produire en fin d'après-midi ou en début de soirée lorsque les besoins de refroidissement atteignent généralement leur maximum.

    Les brises fraîches fonctionnent mieux dans des agencements étroits ou ouverts.

    Les brises fraîches fonctionnent mieux dans des agencements étroits ou ouverts et dépendent des différences de pression d'air causées par le vent ou les brises. Ils sont moins efficaces dans:

  • bâtiments avec des plans d'étage profond ou de petites pièces individuelles
  • de longues périodes de température extérieure élevée (gains de chaleur ambiante ou conduits supérieurs à 35–40 watts par mètre carré (W / m2)
  • les endroits où le bruit est élevé, les risques pour la sécurité ou la mauvaise qualité de l'air extérieur, où les fenêtres peuvent devoir être fermées.
  • Les brises côtières proviennent généralement de la côte (du sud-est et de l'est au nord-est dans la plupart des zones de la côte est et du sud-ouest dans la plupart des zones de la côte ouest, par exemple le «docteur Fremantle»).

    Dans les régions montagneuses ou vallonnées, les brises fraîches descendent souvent sur les pentes et les vallées en fin de soirée et tôt le matin, car la chaleur rayonnant pour dégager le ciel nocturne refroidit la masse terrestre et crée des courants d'air frais.

    Les courants thermiques sont courants dans les zones intérieures plus plates, créés par le chauffage et le refroidissement quotidiens. Ils sont souvent de courte durée tôt le matin et le soir, mais avec une bonne conception, ils peuvent procurer des avantages de refroidissement intéressants.

    Air frais de nuit

    L'air frais de nuit est une source fiable de refroidissement dans les zones intérieures où les brises fraîches sont limitées et les plages de températures diurnes dépassent généralement 6 à 8 ° C. L'air chaud irradiant de la masse thermique d'un tissu de bâtiment est remplacé par de l'air nocturne plus frais aspiré par des écarts de température internes et externes plutôt que par des brises. Les fenêtres à double battant pleine hauteur sont idéales à cet effet. Un refroidissement supplémentaire peut être obtenu en incluant l'ensemble des ventilateurs de la maison (voir ci-dessous).

    Mouvement d'air convectif

    La règle de la convection: l'air chaud monte et l'air froid tombe.

    La ventilation de la cheminée, ou mouvement d'air convectif, repose sur la flottabilité accrue de l'air chaud qui monte pour s'échapper du bâtiment par des sorties de haut niveau, aspirant de l'air frais de nuit de niveau inférieur ou de l'air plus frais de jour provenant de zones extérieures ombragées (sud) ou de bassins de refroidissement par évaporation et fontaines.

    La convection fait monter l'air chaud, attirant de l'air frais.

    Le mouvement de l'air convectif améliore la ventilation croisée et surmonte de nombreuses limitations des brises de refroidissement peu fiables. Même lorsqu'il n'y a pas de brise, la convection permet à la chaleur de quitter un bâtiment par les fenêtres à claire-voie, les ventilateurs de toit et les crêtes ventilées, les avant-toits, les pignons et les plafonds.

    La convection produit un mouvement d'air capable de refroidir un bâtiment mais a généralement une vitesse d'air insuffisante pour refroidir les gens.

    Cheminées solaires

    Les cheminées solaires améliorent la ventilation de la cheminée en fournissant une hauteur supplémentaire et des passages d'air bien conçus qui augmentent la différence de pression d'air. Réchauffées par le rayonnement solaire, les cheminées chauffent l'air ascendant et augmentent la différence de température entre l'air entrant et sortant.

    L'augmentation de la convection naturelle de ces mesures améliore la circulation de l'air à travers le bâtiment.

    Source: Green Builder Solar Guidelines (résidentiel)

    Les cheminées solaires améliorent la ventilation.

    Le refroidissement par évaporation

    Lorsque l'eau s'évapore, elle attire de grandes quantités de chaleur de l'air ambiant. L'évaporation est donc une méthode de refroidissement passif efficace, bien qu'elle fonctionne mieux lorsque l'humidité relative est plus faible (70% ou moins pendant les périodes les plus chaudes) car l'air a une plus grande capacité à absorber la vapeur d'eau.

    Les taux d'évaporation sont augmentés par le mouvement de l'air.

    Les piscines, les étangs et les éléments d'eau situés immédiatement à l'extérieur des fenêtres ou dans les cours peuvent refroidir l'air entrant dans la maison. Des pièces d'eau soigneusement situées peuvent créer des brises convectives. La surface de l'eau exposée à l'air en mouvement est également importante. Les fontaines, les brouillards et les cascades peuvent augmenter les taux d'évaporation.

    Photo: Sunpower Design

    Étangs pré-refroidir l'air avant qu'il ne pénètre dans une maison.

    Les refroidisseurs évaporatifs mécaniques sont courants dans les climats plus secs et les régions intérieures où l'humidité relative est faible. Ils utilisent moins d'énergie que les climatiseurs réfrigérés et fonctionnent mieux avec les portes et fenêtres ouvertes. Leur consommation d'eau peut être considérable (voir Chauffage et refroidissement).

    Couplage à la terre

    Le couplage à la terre d'une masse thermique protégée contre les températures extrêmes externes (par exemple les dalles de plancher) peut abaisser considérablement les températures en absorbant la chaleur lorsqu'elle pénètre dans le bâtiment ou lorsqu'elle est générée par les activités domestiques.

    Le couplage à la terre utilise des températures du sol plus fraîches.

    Les zones ombragées passivement autour des dalles couplées à la terre maintiennent les températures du sol à la surface pendant la journée et permettent un refroidissement nocturne. Des environnements mal ombragés peuvent conduire à des températures de la terre dépassant le niveau de confort interne dans de nombreuses régions. Dans ce cas, une dalle couplée à la terre peut devenir un handicap énergétique.

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    Les températures du sol et du sol varient dans toute l'Australie. La construction couplée à la terre (y compris les dalles sur le sol et recouvertes ou fermées de terre) utilise des températures de sol stables à des profondeurs plus basses pour absorber les gains de chaleur des ménages.

    Principes de conception du refroidissement passif

    Pour obtenir un confort thermique dans les applications de refroidissement, les enveloppes de bâtiment sont conçues pour minimiser le gain de chaleur diurne, maximiser la perte de chaleur nocturne et encourager l'accès à la brise fraîche, le cas échéant. Les considérations incluent:

  • concevoir le plan d'étage et la forme du bâtiment pour répondre au climat et au site locaux
  • utiliser et positionner soigneusement la masse thermique pour stocker la fraîcheur, pas la chaleur indésirable
  • choisir des fenêtres et des vitrages adaptés au climat
  • positionner les fenêtres et les ouvertures pour améliorer le mouvement de l'air et la ventilation transversale
  • ombrage des fenêtres, des murs et des toits exposés au soleil, si possible
  • installer et positionner correctement les combinaisons appropriées d'isolant réfléchissant et en vrac
  • utiliser les combles et les espaces de vie extérieurs comme zones tampons pour limiter le gain de chaleur.
  • L'intégration de ces variables dans des proportions adaptées au climat est une tâche complexe. Un logiciel de classification énergétique, tel que celui accrédité par le programme Nationwide House Energy Rating Scheme (NatHERS), peut simuler leur interaction dans n'importe quelle conception pour 69 zones climatiques australiennes différentes.

    Alors que les outils logiciels NatHERS sont le plus souvent utilisés pour évaluer l’efficacité énergétique (performance thermique) lors de l’évaluation d’une conception de maison pour approbation par le conseil, leur capacité, en «mode sans évaluation», en tant qu’outil de conception est actuellement sous-utilisée. Demandez conseil à un évaluateur accrédité (Association of Building Sustainability Assessors ou Building Designers Association of Victoria) qui sait utiliser ces outils en mode sans évaluation.

    Conception d'enveloppe – plan d'étage et forme du bâtiment

    La conception d'enveloppe est la conception intégrée de la forme et des matériaux du bâtiment en tant que système global pour atteindre un confort optimal et des économies d'énergie.

    La chaleur entre et sort d'une maison par le toit, les murs, les fenêtres et le sol, collectivement appelés l'enveloppe du bâtiment. La disposition intérieure – murs, portes et agencements des pièces – affecte également la distribution de chaleur dans une maison.

    Une bonne conception de l'enveloppe et une disposition interne répondent aux conditions climatiques et du site pour optimiser les performances thermiques. Il peut réduire les coûts d'exploitation, améliorer le confort et le mode de vie et minimiser l'impact environnemental.

    Tous les climats australiens nécessitent actuellement un certain degré de refroidissement passif; avec le changement climatique, cela devrait augmenter.

    Des réponses variées sont requises pour chaque zone climatique et même au sein de chaque zone en fonction des conditions locales et du microclimat d'un site donné.

  • Maximisez la relation intérieur-extérieur et fournissez des espaces de vie extérieurs qui sont grillagés, ombragés et protégés contre la pluie.
  • Maximisez la ventilation convective avec des fenêtres de haut niveau et des évents de plafond ou de toit.
  • Zone de vie et de couchage zone appropriée pour le climat – verticalement et horizontalement.
  • Localisez les chambres pour le confort de sommeil.
  • Concevez les plafonds et positionnez les meubles pour une efficacité optimale des ventilateurs, des brises fraîches et une ventilation convective.
  • Localiser les pièces refroidies mécaniquement dans des zones protégées thermiquement (c'est-à-dire hautement isolées, ombragées et bien scellées).
  • Masse thermique

    La masse thermique est le système de stockage de la chaleur et de la «fraîcheur» (l’absence de chaleur) dans la conception passive.

    Une conception sensible au climat signifie positionner la masse thermique là où elle est exposée à des niveaux appropriés de refroidissement passif d'été (et de chauffage solaire en hiver). Une masse mal positionnée se réchauffe et dégage de la chaleur jusque dans la nuit lorsque les températures extérieures ont baissé. En règle générale, évitez ou limitez la masse thermique dans les zones de couchage à l'étage. Dans les climats avec peu ou pas de besoin de chauffage, une faible masse est généralement l'option préférée (voir Masse thermique).

    Les dalles de béton au sol couplées à la terre fournissent un dissipateur de chaleur où les températures profondes de la terre (à 3 m de profondeur ou plus) sont favorables, mais doivent être évitées dans les climats où les températures profondes du sol contribuent au gain de chaleur. Dans ces régions, utilisez des planchers ventilés ouverts avec des niveaux élevés d'isolation pour éviter les gains de chaleur.

    Dans les régions où les températures profondes de la terre sont plus basses, pensez à enfermer des zones de sous-plancher pour permettre au couplage de la terre de réduire les températures et donc les gains de chaleur.

    Fenêtres et ombrage

    Les fenêtres et l'ombrage sont les éléments les plus critiques du refroidissement passif. Ils sont la principale source de gain de chaleur, par rayonnement direct et conduction, et de refroidissement, par ventilation croisée, par cheminée et par ventilateur, accès par brise fraîche et purge nocturne (voir Vitrage; Ombrage).

    Les faibles angles solaires à travers les fenêtres orientées est et ouest augmentent le gain de chaleur, tandis que les fenêtres orientées nord (sud sous les tropiques) transmettent moins de chaleur en été car les angles d'incidence plus élevés reflètent plus de rayonnement.

    Source: Association of Building Sustainability Assessors (ABSA)

    Relation entre l'angle du soleil et le gain de chaleur.

    Mouvement et ventilation de l'air

    Concevoir pour maximiser les brises de refroidissement bénéfiques en fournissant plusieurs voies d'écoulement et en minimisant les barrières potentielles; les pièces à une seule profondeur sont idéales dans les climats plus chauds.

    Parce que les brises viennent de plusieurs directions et peuvent être déviées ou détournées, l'orientation vers la direction de la brise est moins importante que la conception réelle des fenêtres et des ouvertures pour collecter et diriger les brises à l'intérieur et à travers la maison.

    Utilisez des fenêtres à battants pour attraper et dévier les brises sous différents angles.

    Source: Ministère de l'environnement et de la gestion des ressources, Qld

    Pour la collecte de brise, la conception des fenêtres est plus importante que l'orientation.

    Le vent ne souffle pas à travers un bâtiment – il est aspiré vers des zones où la pression atmosphérique est plus basse. Pour tirer la brise, utilisez des ouvertures plus grandes du côté sous le vent (basse pression ou vent arrière) de la maison et des ouvertures plus petites du côté brise ou au vent (haute pression ou vent arrière). Les ouvertures près du centre de la zone de haute pression sont plus efficaces car la pression est la plus élevée près du centre du mur au vent et diminue vers les bords lorsque le vent trouve d'autres façons de se déplacer dans le bâtiment.

    Modèle de flux d'air et vitesse pour différentes zones d'ouverture.

    Dans les climats nécessitant un chauffage hivernal, le besoin d'un soleil solaire passif du nord influe sur ces considérations; les concepteurs doivent viser une approche équilibrée.

    La conception des ouvertures pour diriger le flux d'air à l'intérieur de la maison est un élément de conception critique mais très négligé du refroidissement passif. La taille, le type, l'ombrage extérieur et la position horizontale / verticale de toutes les ouvertures (portes et fenêtres) sont essentiels – comme indiqué dans les schémas ci-dessous.

    Source: Steve Szokolay

    Modèle de flux d'air pour les fenêtres de différentes hauteurs d'ouverture. Les fenêtres à lamelles aident à varier les voies de ventilation et à contrôler la vitesse de l'air.

    Envisagez d'installer une fenêtre à lamelles au-dessus des portes pour laisser passer la brise à travers le bâtiment tout en préservant l'intimité et la sécurité. Dans les climats nécessitant uniquement un refroidissement, envisagez de placer des panneaux similaires au-dessus de la hauteur de la tête dans les murs intérieurs pour permettre à la ventilation croisée de déplacer l'air le plus chaud.

    Positionnez les fenêtres (verticalement et horizontalement) pour diriger le flux d'air vers la zone où les occupants passent le plus de temps (par exemple, table à manger, salon ou lit).

    Dans les pièces où il n'est pas possible de placer des fenêtres dans des murs opposés ou adjacents pour une ventilation croisée, placez des ailettes en saillie sur le côté au vent pour créer une pression positive et négative pour attirer les brises à travers la pièce, comme indiqué dans le diagramme ci-dessous.

    Utilisez des ailettes pour diriger le flux d'air.

    Concevez et localisez les plantations, les clôtures et les dépendances pour canaliser les brises dans et à travers le bâtiment, filtrer les vents plus forts et exclure les vents chauds ou froids défavorables.

    Plantez des arbres et des arbustes à l'entraînement des brises.

    Plantez des arbres et des arbustes à l'entraînement des brises.

    Isolation

    L'isolation est essentielle au refroidissement passif – en particulier pour le toit et le plancher. Les fenêtres sont souvent laissées ouvertes pour profiter du refroidissement naturel et les murs sont facilement ombragés; les toits, cependant, sont difficiles à ombrer, et les planchers sont une source de gain de chaleur constant par conduction et convection, avec seulement une contribution de refroidissement limitée pour le compenser.

    Les niveaux d'isolation et les détails d'installation pour chaque zone climatique sont fournis dans Isolation et installation d'isolation. Portez une attention particulière aux valeurs d'isolation de haut en bas et choisissez de manière appropriée pour le but et l'emplacement.

    Dans les climats qui nécessitent uniquement un refroidissement ou ceux qui ont des besoins de refroidissement limités, utilisez plusieurs couches d'isolant en feuille réfléchissante dans le toit au lieu d'une isolation en vrac pour réduire les gains de chaleur rayonnants de jour tout en maximisant les pertes de chaleur de nuit par conduction et convection. C'est ce que l'on appelle la vanne d'isolement unidirectionnelle.

    L'isolant en feuille réfléchissante est moins affecté par la condensation et convient parfaitement aux applications de climatisation climatique car il réfléchit la chaleur indésirable sans la retransmettre.

    Espace sur le toit

    Les combles bien ventilés (et les autres espaces non habitables) jouent un rôle essentiel dans le refroidissement passif en fournissant une zone tampon entre les espaces internes et externes dans la zone la plus difficile à ombrager, le toit.

    Les combles bien ventilés forment un tampon entre les zones internes et externes.

    Les ventilateurs peuvent réduire l'écart de température (voir Chauffage passif) à travers l'isolation du plafond, augmentant ainsi son efficacité jusqu'à 100%. L'utilisation d'une feuille isolante et d'une toiture de couleur claire limite le flux de chaleur rayonnante dans la toiture.

    Utilisez des détails soigneux pour empêcher la condensation de saturer le plafond et l'isolation. Les points de rosée se forment là où l'air humide entre en contact avec une surface plus froide, par ex. le dessous du toit sarking ou l'isolant en feuille réfléchissante refroidi par rayonnement vers un ciel nocturne clair (voir Sceller votre maison).

    Source: COOLmob

    Utiliser la ventilation pour refroidir le toit.

    Systèmes de refroidissement hybrides

    Les systèmes de refroidissement hybrides sont des solutions de refroidissement pour toute la maison qui utilisent une variété d'options de refroidissement (y compris la climatisation) de la manière la plus efficace et la plus efficace. Ils profitent au maximum du refroidissement passif lorsqu'ils sont disponibles et utilisent efficacement les systèmes de refroidissement mécaniques pendant les périodes extrêmes.

    Ventilateurs

    Les ventilateurs fournissent un mouvement d'air fiable pour refroidir les gens et compléter les brises pendant les périodes calmes.

    À 50% d'humidité relative, un mouvement d'air de 0,5 m / s crée un effet de refroidissement maximal; des vitesses plus rapides peuvent être troublantes. Comme indiqué ci-dessus, des vitesses d'air allant jusqu'à 1,0 m / s peuvent être utiles dans une humidité relative plus élevée, mais des vitesses d'air prolongées supérieures à 1,0 m / s provoquent une gêne.

    Les ventilateurs de plafond standard peuvent créer un environnement confortable lorsque les niveaux de température et d'humidité relative se situent dans des plages acceptables. Dans un bâtiment léger dans un climat tempéré chaud, l'installation de ventilateurs dans les chambres et tous les espaces de vie (y compris les cuisines et les espaces extérieurs couverts) réduit considérablement la consommation d'énergie de refroidissement.

    Source: Adapté de Ballinger 1992

    Mouvement d'air par rapport à la position du ventilateur.

    Les ventilateurs doivent être situés au centre de chaque espace, un pour chaque groupe de meubles. Un salon / salle à manger étendu a besoin de deux ventilateurs. Dans les chambres, placez le ventilateur près du centre du lit. Parce que la vitesse de l'air diminue avec la distance du ventilateur, placez les ventilateurs sur les endroits où les gens passent le plus de temps (voir Chauffage et refroidissement).

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    Ensemble de fans de la maison

    Les ventilateurs de maison ou de toit sont idéaux pour refroidir les bâtiments, en particulier lorsque la conception de ventilation croisée est inadéquate. Cependant, ils ne créent pas une vitesse d'air suffisante pour refroidir les occupants.

    Source: Breezepower

    L'ensemble des ventilateurs de la maison doit être positionné au centre, par ex. dans le toit, la cage d'escalier ou les couloirs.

    En règle générale, un seul ventilateur est installé dans un espace de circulation au centre de la maison (couloir ou cage d'escalier) pour attirer l'air extérieur plus frais dans le bâtiment à travers les fenêtres ouvertes dans certaines pièces, lorsque les conditions le permettent. Il évacue ensuite l'air chaud à travers les avant-toits, les plafonds ou les évents de pignon via le toit. Cela refroidit également l'espace du toit et réduit tout écart de température à travers l'isolation du plafond.

    Les systèmes de contrôle doivent empêcher le ventilateur de fonctionner lorsque la température de l'air extérieur est supérieure à celle de l'intérieur.

    L'aspiration de grands volumes d'air humide à travers le toit peut augmenter la condensation. Un point de rosée se forme lorsque cet air humide entre en contact avec des éléments de toit (par exemple, une isolation réfléchissante) qui ont été refroidis par le rayonnement du ciel nocturne (voir Isolation et scellement de votre maison pour des moyens d'atténuer cela).

    Les ventilateurs de toute la maison peuvent être bruyants à pleine vitesse mais fonctionnent généralement en début de soirée lorsque les besoins de refroidissement sont à leur maximum et que les ménages sont les plus actifs. S'ils fonctionnent à une vitesse inférieure tout au long de la nuit, ils peuvent aspirer l'air frais de la nuit à travers les lits situés près des fenêtres ouvertes, à condition que les portes restent ouvertes pour la circulation. Les nuits calmes, cela peut être plus efficace que la climatisation pour le confort de sommeil nocturne.

    Climatisation

    La climatisation réfrigérée abaisse la température et l'humidité de l'air et offre un confort thermique pendant les périodes de température et d'humidité élevées. Cependant, il est coûteux à installer, à exploiter et à entretenir, et a un coût économique et environnemental élevé car il consomme des quantités importantes d'électricité à moins que des équipements à haut rendement soient utilisés dans une enveloppe de bâtiment à très hautes performances. Comme il exige également que la maison soit isolée de l'environnement extérieur, les occupants ignorent souvent les améliorations météorologiques.

    La climatisation est couramment utilisée pour créer des conditions de sommeil confortables. Le nombre d'heures de fonctionnement nécessaires pour atteindre le confort thermique peut être considérablement réduit ou éliminé par une conception soignée des nouvelles maisons, ainsi que des modifications et des ajouts aux maisons existantes.

    Faire fonctionner un climatiseur réfrigéré dans une pièce fermée pendant environ une heure au coucher réduit souvent les niveaux d'humidité au point où le mouvement de l'air des ventilateurs de plafond peut fournir un refroidissement par évaporation suffisant pour atteindre et maintenir le confort de sommeil. Certaines unités de climatisation fonctionnent simplement comme des ventilateurs lorsque la température ambiante extérieure tombe en dessous du réglage du thermostat, afin de pouvoir remplacer un ventilateur de plafond.

    Une climatisation efficace nécessite plus qu'une simple installation d'un climatiseur efficace.

    Les solutions de refroidissement hybrides nécessitent une décision dès les premières étapes de la conception pour savoir si la climatisation doit être utilisée et combien de pièces en ont besoin. De nombreuses installations de climatisation inefficaces se produisent lorsqu'elles sont ajoutées à une maison conçue pour le refroidissement naturel dans le but d'améliorer le confort.

    Conception d'espaces climatisés

    Il n'est généralement pas nécessaire de climatiser toutes les pièces. Décidez quelles pièces bénéficieront le plus, en fonction de leur utilisation, et essayez de réduire le volume total de l'air climatisé (taille de la pièce, hauteur du plafond). Souvent, une ou deux pièces sont suffisantes pour assurer le confort pendant les périodes de forte humidité et de températures élevées.

    Conçu pour le confort de sommeil nocturne en conditionnant des pièces couramment utilisées en début de soirée avec des chambres attenantes. Une salle de télévision climatisée, au mur de maçonnerie, au centre d'une maison en fonctionnement libre (à refroidissement passif) avec des espaces de couchage adjacents, offre des avantages de refroidissement directs et indirects. Un éclairage et des appareils efficaces (à faible dégagement de chaleur) sont importants dans une telle application.

    Un mur de maçonnerie frais dans une chambre offre un confort à la fois psychologique et physiologique grâce à une perte de chaleur rayonnante combinée et à un mouvement d'air fiable des ventilateurs.

    Photo: Environa Studio

    Une maison tropicale bien ventilée.

    Concevez des pièces conditionnées avec de hauts niveaux d'isolation et une exposition minimale aux influences de la température extérieure, qui se trouvent généralement au centre de la maison. Les espaces de vie adjacents doivent être bien ventilés, fonctionner librement (refroidir passivement), avec des ventilateurs pour encourager l'acclimatation et fournir un tampon thermique aux espaces climatisés.

    Traitez la condensation dans les pièces à ventilation extérieure entourant les pièces climatisées. Les murs à masse thermique élevée présentent moins de problèmes de point de rosée que les murs isolés légers et peuvent stocker de la «fraîcheur».

    Lorsque des murs isolés entourent un espace climatisé, un pare-vapeur doit être installé entre l'air chaud et humide et le matériau isolant pour éviter que l'isolant ne soit saturé par la condensation. Choisissez des matériaux et des finitions qui résistent aux dommages causés par la condensation pour tous les revêtements placés sur le pare-vapeur: placer une feuille réfléchissante sous un revêtement mural en placoplâtre, par exemple, provoque la formation du point de rosée sous le placoplâtre (voir Scellage de votre maison).

    Évitez de conditionner les pièces à fort trafic intérieur-extérieur. Vous pouvez également utiliser des sas pour minimiser l'infiltration d'air chaud ou installer un dispositif de commutation automatique (comme un interrupteur à lames ou un autre micro-interrupteur) aux portes menant à la pièce climatisée qui ne permet de fonctionner que lorsque la porte est fermée.

    Opération

    Identifiez les mois et les heures de la journée où un refroidissement mécanique sera nécessaire et utilisez des systèmes de contrôle, des capteurs et des minuteries pour réduire le nombre total d'heures de fonctionnement. Éteignez les climatiseurs lorsque vous sortez.

    Réglez les thermostats sur le réglage le plus chaud qui assure encore le confort. Expérience – vous pouvez trouver 26 ° C assez confortable lorsque vous pensiez avoir besoin de 21 ° C.

    Adaptez votre style de vie dans la mesure du possible pour profiter de conditions extérieures confortables lorsqu'elles existent, afin de minimiser les périodes de fonctionnement des systèmes de refroidissement mécaniques.

    Principes de conception spécifiques au climat

    Les réponses de conception spécifiques au climat et les méthodes de refroidissement passif sont différentes pour:

  • climats chauds et humides (zone 1) où seul le refroidissement est nécessaire
  • climats tempérés et chauds (zones 2 à 6) où le chauffage et le refroidissement sont nécessaires
  • climats frais et froids (zones 7 à 8) où les besoins de chauffage sont prédominants.
  • Climats chauds et humides nécessitant un refroidissement uniquement (zone 1)

    En raison de la nature unique des climats chauds et humides, de nombreux gouvernements étatiques, territoriaux et locaux de ces régions ont produit une gamme d'excellentes ressources et conseils de conception (voir «Références et lectures supplémentaires» à la fin de cet article).

    Les climats chauds et humides nécessitent une approche de conception fondamentalement différente.

    Les climats chauds et humides nécessitent une approche de conception fondamentalement différente de celles couramment recommandées dans toute votre maison, qui se concentre principalement sur les climats nécessitant à la fois un refroidissement d'été et un chauffage d'hiver.

    La différence la plus importante réside dans la taille et l'orientation des fenêtres ou des panneaux et portes ouvrants. Dans ces climats, des quantités modestes de vitrage bien ombragé peuvent et doivent être placées sur chaque façade pour encourager la circulation de l'air.

    Les fenêtres ou autres ouvertures doivent être situées, dimensionnées et conçues pour optimiser le mouvement de l'air et non l'accès solaire. Comme indiqué précédemment, le vent ne souffle pas à travers un bâtiment – il est aspiré vers des zones où la pression de l'air est plus basse. Localisez les plus grandes ouvertures du côté sous le vent ou sous le vent de la maison et les petites ouvertures du côté de la brise ou du vent. Ceci est avantageux dans ces régions sujettes aux cyclones car les cyclones et les brises fraîches viennent généralement d'une direction terrestre (voir Orientation).

    D'autres élévations devraient également comprendre des ouvertures car les brises viennent de diverses directions et peuvent être redirigées ou détournées grâce à une bonne conception et à des styles de fenêtres appropriés, en particulier les fenêtres à battants.

    Une autre différence essentielle réside dans le fait que le concepteur doit prendre rapidement la décision de savoir si la maison doit être «libre» (c'est-à-dire à refroidissement passif), conditionnée (à refroidissement mécanique) ou hybride (une combinaison des deux).

    Les bâtiments en fonctionnement libre ne devraient pas être conditionnés à une date ultérieure sans modification substantielle: cela comprend la réduction de la taille des ouvertures, l'ajout d'une isolation en vrac autour de la ou des pièces à conditionner et des détails de condensation.

    Concevoir des réponses aux défis des climats chauds et humides

    Des niveaux d'humidité élevés dans ces climats limitent la capacité du corps à perdre de la chaleur en évaporant la transpiration (voir Conception pour le climat).

    Le confort de sommeil est un problème important, en particulier pendant les périodes de forte humidité où les températures nocturnes restent souvent supérieures à celles requises pour le confort humain. Bien que l’acclimatation soit utile, elle est souvent inadéquate pendant la «montée en puissance» et la saison des pluies – en particulier dans les villes à population très transitoire comme Darwin.

    Les réponses de conception tiennent compte de l'ombrage, du mouvement de l'air, de l'isolation et des méthodes de construction.

    Ombres

  • Ombrez de façon permanente tous les murs et les fenêtres pour exclure l'accès solaire et la pluie.
  • Pensez à ombrager l'ensemble du bâtiment avec un toit ouvrant.
  • Ombrez les espaces extérieurs autour de la maison avec des plantations et des structures d'ombrage pour abaisser la température du sol et de là la température de l'air entrant.
  • Mouvement d'air

  • Maximiser l'exposition (et l'entonnoir) des brises de refroidissement sur le site et à travers le bâtiment, par ex. de plus grandes ouvertures sous le vent, de plus petites ouvertures au vent.
  • Utilisez des profondeurs de pièce unique lorsque cela est possible avec de grandes ouvertures bien ombragées pour améliorer la ventilation croisée et l'évacuation de la chaleur.
  • Concevez des voies de ventilation croisée dégagées.
  • Fournir une ventilation à air chaud au niveau du plafond pour toutes les pièces avec des fenêtres à claire-voie ouvrantes ombragées, des «tourbillons» ou des évents de faîtage.
  • Élevez le bâtiment pour favoriser la circulation de l'air sous les planchers.
  • Utilisez des plafonds plus hauts ou inclinés pour favoriser le mouvement de l'air convectif.
  • Concevez les plantations pour canaliser les brises de refroidissement et filtrer les vents forts.
  • Install ceiling fans to create air movement during still periods.
  • Consider using whole of house fans with smart switching to draw cooler outside air into the house at night when there is no breeze.
  • Choose windows with maximum opening areas (louvres or casement) that can be tightly sealed when closed; avoid fixed glass panels. Openable insulated panels and security screen doors can be used instead of some windows.
  • Use lighter colours on roof and external walls.
  • Isolation

  • Use insulation solutions that minimise heat gain during the day and maximise heat loss at night, i.e. use multiple layers of reflective foil to create a one way heat valve effect and avoid bulk insulation.
  • Construction

  • Use low thermal mass construction generally.
  • Consider the benefits of high mass construction in innovative, well-designed hybrid solutions.
  • Mixed climates requiring heating and cooling (Zones 2−6)

    Well-designed Australian homes do not require air conditioning in most climates.

    More than 50% of homes in warm temperate climates are mechanically cooled. This proportion is rapidly increasing — often because inadequate shading, insulation and ventilation, or poor orientation and room configuration for passive cooling and sun control, cause unnecessary overheating.

      Les économistes d'ANZ disent que le coût de construction d'une nouvelle maison est devenu ...

    Warm humid climates (Zone 2)

    Energy consumption for heating and cooling can account for up to 25% of total household energy use in this climate. In benign climates like the coastal areas of south-east Queensland and north-east NSW, achieving the high levels of passive thermal comfort required to reduce this by as much as 80% is a relatively simple and inexpensive task.

  • Design and orientate to maximise the contribution of cooling breezes.
  • Use earth-coupled concrete slab-on-ground.
  • Provide high levels of cross-ventilation via unobstructed pathways.
  • Use ceiling fans and convective ventilation to supplement them.
  • Include a well-located and shaded outdoor living area.
  • Use lighter colours for roof and external walls.
  • Consider whole of house fans in this climate.
  • Apply hybrid cooling principles where cooling is used.
  • Passive solar heating is required during winter months and varies from very little to significant. Integrate passive heating requirements with cool breeze capture by providing passive or active shading (eaves or awnings) to all windows.

    Employ well-designed shading and insulation to limit heat gain and maximise summer heat loss in response to the specific microclimate (see Shading).

    Construction

  • Use high mass construction in areas with significant diurnal (day−night) temperature ranges (usually inland) to provide significant amounts of free heating and cooling.
  • Use low mass construction where diurnal temperature ranges are low (usually coastal) to increase the effectiveness of passive and active heating and cooling.
  • Elevate structures to increase exposure to breezes in warmer northern regions.
  • Eliminate earth coupling in southern and inland regions.
  • Use bulk and/or reflective insulation to prevent heat loss and heat gain.
  • Use glazing with a low to medium solar heat gain coefficient (SHGC) and U-value.
  • Hot dry climates with warm winter (Zone 3)

    Use courtyard designs with evaporative cooling from ponds, water features and ‘active’ (mechanical) evaporative cooling systems. They are ideal for arid climates where low humidity promotes high evaporation rates.

  • Use evaporative cooling if mechanical cooling is required.
  • Use ceiling fans in all cases.
  • Use high mass solutions with passive solar winter heating where winters are cooler and diurnal ranges are significant.
  • Use low mass elevated solutions where winters are mild and diurnal ranges are lower.
  • Minimise east and west-facing glazing or provide adjustable external shading. High mass living areas are more comfortable during waking hours. Low mass sleeping areas cool quickly at night. High insulation prevents winter heat loss and summer heat gain.

  • Consider high mass construction for rooms with passive winter heating and low mass for other rooms.
  • Shade all windows in summer and east and west windows year round.
  • Use well-sealed windows and doors with maximum opening area to optimise exposure to cooling breezes and exclude hot, dry and dusty winds.
  • Hot arid climates with cool winter (Zone 4)

    Use high thermal mass construction to capitalise on high diurnal temperature ranges by storing both warmth and ‘coolth’.

  • Use compact forms to minimise surface area.
  • Maximise building depth.
  • Include closeable stack ventilation in stairwells and thermal separation between floors in two storey homes.
  • Use shaded internal courtyards with evaporative cooling features in single storey homes.
  • Use smaller window and door openings designed for night-time cooling and cool thermal currents where available.
  • Use low U-value double glazing with high SHGC.
  • Ensure that the majority of glazing is north facing and passive solar shaded.
  • Avoid west windows.
  • Evaporative cooling and active solar heating systems reduce the need for large, solar exposed glass areas for heating (i.e. active rather than passive heating).

    Traditional and innovative cooling methods for arid climates

    Specialist passive and low energy cooling systems have evolved for hot dry climate areas in other parts of the world (e.g. Middle East, Arizona) which are also applicable to a large portion of the Australian continent.

    They introduce moisture to building structures (such as roof ponds or water sprayed onto evaporative pads) and incorporate stacks or chimneys that use convection to exhaust rising hot air and draw cooler, low level air into the building. This air can be evaporatively cooled by being drawn over ponds, or through mist sprays or underground labyrinths (these towers are dominant elements and are therefore an integral part of the fundamental architecture of the building).

    Modern version of an Iranian Badgir cooling system where earth exchange and evaporation pre-cool incoming air drawn by a solar chimney.

    Temperate climates (Zones 5 and 6)

    With good design, temperate climates require minimal heating or cooling. Good orientation, passive shading, insulation and design for cross-ventilation generally provide adequate cooling. Additional solutions from the range explained here can be used where site conditions create higher cooling loads.

  • Design for compact form in cooler zones, extending the east−west axis in warmer zones (see Orientation).
  • Prefer plans with moderate building depth — two rooms is ideal.
  • Design for the impacts of climate change and consider highly efficient heat pump systems to cope with increases in extreme weather events.
  • Use thermal mass levels appropriate to the amount of passive cooling available (cool breezes, consistent diurnal variations) and use thermal mass to delay peak cooling needs until after the peak demand period.
  • Choose window opening styles and position windows to ensure good cross-ventilation.
  • Orientate for passive solar heating and divert breezes.
  • Employ larger northern and southern façades.
  • Design for moderate openings with the majority to the north.
  • Use minimal west-facing glazing (unless well shaded).
  • Use moderate east-facing glazing and moderate south-facing glazing except where cross-ventilation paths are improved by larger openings.
  • Use bulk and reflective foil insulation.
  • Use low to medium U-value and SHGC glazing in milder areas and double glazing where ambient temperatures are higher.
  • Temperate climates call for good orientation, passive shading and cross-ventilation.

    Cool and cold climates where heating dominates (Zones 7 and 8)

    Zone 7 requires careful consideration of cooling needs because climate change modelling indicates that it is likely to be impacted by climate change more than most other zones.

    This necessitates a shift from the current high thermal mass design practices to moderate or low mass designs with carefully calculated glass to mass ratios to avoid summer overheating. Higher mass solutions remain useful in higher altitude and colder regions where significant diurnal ranges are likely to continue to provide reliable cooling in all but extreme weather events.

  • Winter heating remains the predominant need in all but the warmest regions in these zones.
  • Passive solar orientation and shading is critical.
  • On sites where passive heating or cooling access is limited, consider low mass, high insulation solutions with highly efficient reverse-cycle heat pumps.
  • Give increased attention to the design of high level cross-ventilation for night cooling.
  • Low U-value double glazing with high SHGC is highly desirable due to its effectiveness in both summer and winter.
  • Use a well-designed combination of reflective foil and bulk insulation.
  • Use modest areas of glazing with the majority facing north where solar access is available.
  • Minimise west-facing glazing.
  • Passive and/or active shading of all glazing is essential.
  • Adapting lifestyle

    Applicable in all climates, especially hot humid and hot dry, ‘adapting lifestyle’ means adopting living, sleeping, cooking and activity patterns that respond to and work with the climate rather than using mechanical cooling to emulate an alternative climate.

    High humid climates present the greatest challenge in achieving thermal comfort because high humidity levels reduce evaporation rates (see Design for climate).

    ‘Adapting lifestyle’ means working with the climate rather than using mechanical cooling to emulate an alternative one.

    Acclimatisation is a significant factor in achieving thermal comfort. Most people living in tropical climates choose to do so. They like the climate and know how to live comfortably within its extremes by adopting appropriate living patterns to maximise the outdoor lifestyle opportunities it offers.

    Sleeping comfort at night during the hottest and most humid periods is a significant issue for many people living in tropical climates. Sleeping comfort generally should be a high priority when choosing, designing or building a home. Different members of a household have different thermal comfort thresholds. Children often adapt to seasonal changes more easily than adults do.

    Understanding the sleeping comfort requirements of each member of the household can lead to better design, positioning or allocation of bedrooms — and increased thermal comfort for all with less dependence on mechanical cooling.

    Live outside when time of day and seasonal conditions are suitable — particularly in the evenings. Radiation by the body to cool night skies is an effective cooling mechanism, especially in the early evening when daytime heat loads have not been allowed to escape from the interior of the house.

    Cooking outside during hotter months reduces heat loads inside. This Australian lifestyle tradition developed to suit our climate is not often directly connected to thermal comfort. Locate barbeques outdoors, under cover in close proximity to the kitchen, with good access either by servery or screened door. Shaded barbecue and outdoor eating areas (insect screened where required) facilitate outdoor living and increased comfort.

    Sleep-outs are an ideal way to achieve sleeping comfort and can provide low cost additional space for visitors who often arrive during the hotter Christmas period.

    Vary active hours to make best use of comfortable temperature ranges at different times of the year. The siesta regime of most Central American countries is a practical lifestyle response to specific climatic conditions that are also experienced in high humid and hot dry regions of Australia.

    References and additional reading

    Contact your state, territory or local government for further information on passive design considerations for your climate. www.gov.au

    Australian Building Codes Board (ABCB). 2014. Condensation in buildings: handbook. www.abcb.gov.au

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    Bureau of Meteorology (BOM). Wind roses for selected locations. www.bom.gov.au

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    Queensland Department of Local Government and Planning. 2011. Design guide for 6-star energy equivalence housing. www.hpw.qld.gov.au

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    Wrigley, D. 2012. Making your home sustainable: a guide to retrofitting, rev. edn. Scribe Publications, Brunswick, Vic.

    Authors

    Principal author: Chris Reardon

    Contributing author: Dick Clarke, 2013

    Refroidissement passif | Ta maison
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