Les systèmes de chauffage dans la maison hors-réseau – et quelques leçons à tirer

Dans ce troisième billet de la série « Vivre hors-réseau », Craig Anderson nous parle de ses systèmes de chauffage – ce qui a fonctionné, ce qui a raté, et quels changements ont été apportés.

Maison autonome hors-réseau: systèmes de chauffage et leçons à tirer
@Bala Structures

Cet article est le troisième d’une série issue du blog Sunshine Saved, écrit par Craig Anderson. Il présente l’ensemble de ses recherches et décisions prises lors du long processus de construction qui a mené à une certification LEED Or. Pour lire le premier article, c’est ici…

Nouveaux venus dans ce monde hors-réseau, les choix initiaux que nous avons faits pour les systèmes de chauffage n’ont pas été optimaux. Afin d’aider d'autres personnes qui voudraient une maison hors-réseau et leur éviter de faire des erreurs, j’expose ici nos choix initiaux, ce qui a posé problème et comment nous avons adapté le tout pour un système plus résilient.

L'installation initiale

 

Chaudière pour le plancher radiant © Craig Anderson

Au départ, nous avons mis en place un système de chauffage hydronique alimenté par une chaudière au propane (Trinity LX150) ainsi qu’un plancher chauffant en béton qui, posé au rez-de-chaussée, alimente quatre zones distinctes (trois chambres et une salle de bain). À l’étage, deux plinthes hydroniques complètent le tout pour des planchers étonnamment chauds et confortables. Puisqu’en hiver la maison est principalement utilisée les fins de semaines, nous devons monter considérablement le thermostat à notre arrivée. L'habit hivernal est alors de mise, mais le plancher devient rapidement très agréable, et nous enfilons rapidement nos vêtement estivaux.

Le système secondaire, encore plus agréable, est un poêle à bois autonome, un Jotul F3CB pour être exact. Il s’agit d’un poêle relativement petit à haut rendement (42 000 BTU) qui provient de la Norvège, et qui est plus que suffisant pour notre maison bien isolée. Logé dans l’espace à aire ouverte, il chauffe parfaitement, en moins de quelques heures, nos 1 000 pieds carrés avec hauts plafonds.

Deux hivers complets nous ont permis de mesurer notre consommation de bois et de propane, pour des résultats tels qu’initialement escomptés. Entre novembre 2014 et novembre 2015, nous avons brûlé 400 gallons de propane pour le chauffage de la maison et de l’eau, pour alimenter la génératrice de secours ainsi que pour cuisiner.

© Craig Anderson

Environ 75 % du propane, soit 300 gallons, ont été nécessaires pour chauffer les espaces. Pour ce qui est du poêle à bois, nous avons utilisé un peu moins qu’une corde de bois pour cette même période, alors qu’un feu brûlait dans l’âtre une bonne partie de la journée tous les jours où nous étions présents. Pour l’hiver 2015-2016, nous avons utilisé seulement 350 gallons de propane et, encore une fois, près d’une corde de bois.

Les problèmes associés aux efforts initiaux

Le gros problème posé par notre système de chauffage résidait dans le fait qu’il était relativement complexe et fragile. N’étant pas présents tous les jours pour faire fonctionner le poêle à bois, la chaudière était seule à supporter la charge de chauffage. Et, puisque le système nécessite un apport constant et tout de même important d’électricité (à un moment de l’année où le système photovoltaïque n’en génère pas assez), nous avions un problème.

En effet, le système de chauffage nécessite environ 400 W uniquement pour la chaudière et les pompes de circulation, ce qui signifie que si le système fonctionne 10 heures par jour, ce qui arrive aux jours les plus froids de l’hiver, le système demande à lui seul 4 kWh/jour. Ce qui est pratiquement la consommation totale allouée dans nos planifications budgétaires. L’autre problème réside dans le fait que le système hydronique est sensible au gel.

Ces deux éléments combinés, nous avons été confrontés à de sérieuses complications dès le premier hiver, en 2013. Nous avons alors perdu de la puissance, quelques tuyaux ont gelés et nous avons eu une rupture dans une des lignes de chauffage. Il y avait du glycol dans le mélange d’antigel, bien entendu, mais apparemment il y en avait trop peu. Il aura donc fallu une combinaison de circonstances particulières pour endommager la maison pendant la semaine la plus froide de l’année: notre absence (car nous visitons la famille pour le temps des fêtes), de nombreuses chutes de neige couvrant les panneaux PV et les empêchant de générer de l’électricité adéquatement, et finalement, la cerise sur le sundae, le bris de la génératrice de secours.

Mesures prises pour une maison plus résiliente

Nous n’avions aucune envie de revivre la situation d’urgence dans laquelle nous nous sommes retrouvés une bonne partie de ce premier hiver. Nous avons donc rapidement pris quelques mesures pour rendre la maison plus résiliente face aux problèmes mécaniques potentiels. Puisque j’ai l’intention de discuter de ces étapes en détails dans ma prochaine publication, je parlerai seulement des travaux non liés à la génération de chaleur.

Ce que nous avons fait:

  • Programmer la maison pour qu’elle envoie quotidiennement des rapports d’état. Sous forme de courriels, les rapports nous donnent les conditions des systèmes, la puissance générée, la puissance utilisée, les temps de mise en marche de la génératrice et la température de la batterie. Ces rappels quotidiens me permettent également de savoir que, si je n’en reçois pas un, il y a un problème avec l’internet ou les systèmes d’alimentation!
  • Augmenter le nombre de panneaux solaires. Au cours du premier hiver, le générateur a été nécessaire relativement souvent sur une période de six mois, de l’automne au printemps. Par conséquent, nous avons doublé la capacité des panneaux PV.
  • Finalement, nous avons ajouté une nouvelle source de chaleur de secours qui ne dépend pas de l’électricité, ni de notre présence. Nous avons réalisé cela avec une technologie plus ancienne, plus simple, utilisée depuis longtemps dans les garages, ateliers, refuges et bon nombre de maisons hors-réseau: un radiateur direct au propane.
Direct vent propane heater © Craig Anderson

Si j’avais fait plus de recherches sur le chauffage hors-réseau, ou bien si j’avais reçu de meilleurs conseils, j’aurais probablement décidé de gérer dès le départ tous nos besoins en chauffage avec quelques-uns de ces petits radiateurs. Le plus grand avantage de ces unités étant qu’elles n'ont pas besoin d'électricité pour fonctionner: elles ont une veilleuse et une valve thermostatique millivolt qui utilise un gradient de température pour produire la petite quantité de courant nécessaire au thermostat; elles se servent de la convection pour faire circuler l’air par les éléments chauffants. Nous en avons donc installé une dans la chambre principale. Elle fournit une grande partie de la charge de chauffage de base indépendant de tout problème électrique potentiel, ce qui devrait éviter que la maison ne gèle à nouveau.

Comment nous avons dimensionné le radiateur
Lors de la configuration initiale du système de chauffage, j’ai pu me baser sur la fiche technique de la chaudière, mais cette nouvelle installation, une Empire DV215 de 15,000 BTU, allait demander plus de travail. Heureusement, nous avions déjà un bon modèle énergétique de la maison (fiche énergétique HERS), nécessaire à la certification LEED, certification dont nous discuterons dans un billet à venir.

Selon le modèle, 33 200 000 BTU sont nécessaire annuellement pour le chauffage de la maison, ce qui représente 70 % d’une maison similaire construite au Code. Les radiateurs sont généralement classés selon la production de BTU/heure. Pour obtenir une première approximation de nos besoins en chauffage, j’ai donc pris la charge annuelle, l’ai divisée par 100 jours (pour tenir compte de la période la plus lourde de chauffage), puis divisée par 24 heures, pour une fournaise fonctionnant à temps plein. Ce qui donne:

Ce calcul suppose que nous chauffons la maison à 20° Celsius pendant tout l’hiver avec seulement l’unité murale. En réalité, nous gardons le thermostat à une température inférieure pour cette zone de la maison, qui reste à 18°C environ. Le reste de la maison, alimenté par le système hydronique et profitant de la chaleur radiante de l’unité murale, reste plus frais en notre absence.

Après avoir installé l’unité murale, j’ai constaté que la modélisation énergétique comprenait également un calcul des charges maximales pour la maison et la chaudière, ce qui correspond en fait assez étroitement au calcul ci-haut. Le calcul HERS de la charge maximales de chauffage pour la maison est de 23 400 BTU/heure. Ce nombre représente la quantité de chaleur nécessaire pour maintenir la maison chaude lors des jours les plus froids de l’année, et non pour les jours d’hiver typiques tels qu’utilisés pour mon estimation. Ce calcul de charge en période de pointe a également montré les spécifications réelles de la chaudière, soit une puissance maximale de 136 000 BTU. C’est près de six fois notre charge maximale de chauffage! Mais j’ai entendu maintes et maintes fois que les entrepreneurs en chauffage et climatisation ont tendance à surestimer les besoins des maisons, et notre maison nécessite même une charge beaucoup plus faible que la maison standard. Ce qui explique le surdimensionnement du système.

Après un hiver complet d’utilisation, je vous confirme que la fournaise est étonnamment efficace en termes de fiabilité et de réduction des besoins en électricité. L’unité murale a été en mesure de fournir essentiellement toutes les charges de chauffage de la maison lorsque nous étions absents. À notre arrivée, les chambres adjacentes montraient une température d’environ 16°C et l’étage était toujours maintenu au-dessus de 10°C. À partir de cette température, il est maintenant assez facile de retirer notre chandail de laine dans les 2 heures suivant la remise en marche des systèmes (chaudière et poêle).

 

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