Conception solaire passive avant de construire

Sur une nouvelle construction, votre tout premier arrêt est la conception solaire passive. Se pavaner en avant et concevoir une mauvaise vieille maison de bâton, et ensuite se vanter de l'énergie solaire après coup , est un gaspillage.

La conception solaire passive signifie concevoir le bâtiment pour qu'il ne nécessite pas de chauffage actif (sauf en de rares occasions. L'occasion est suffisamment rare pour que vous puissiez vous en tirer avec une chaleur électrique résistive bon marché).

Une façon de faire du travail solaire passif est d'incliner les fenêtres et les surplombs pour que les bâtiments rejettent le soleil en été, mais boivent le soleil en hiver ... Et capturer la température dominante (solarisation en hiver, ombre par été) dans la masse thermique assez importante du bâtiment. Cela ne se produit pas par défaut évidemment, vous devez vous écarter de votre chemin pour concevoir le bâtiment pour cela. Le moment du design est le moment de le faire.

Une autre méthode consiste à créer un bâtiment partiellement à l'abri de la terre, de sorte qu'en été, vous ayez plus de facilité à résister à la chaleur solaire. Plusieurs pieds de terre sont une excellente isolation et vous ne pouvez pas battre le prix. De toute évidence, vous devez faire un compromis avec une belle maison bien fenestrée.

Un autre aspect de la conception est les pompes à chaleur, mais avec une conception solaire passive, elles sont 99% du temps en mode A / C. Et idéalement, vous souhaitez interagir avec les eaux souterraines en tant que dissipateur thermique ultime. Voyez, normalement, les climatiseurs / pompes à chaleur poussent la chaleur «vers le haut»: il fait 90 degrés dehors, et vous voulez que votre maison soit à 70 degrés, donc vous évacuez la chaleur dans l'air extérieur à 90 degrés - «pompez en montée». Si votre dissipateur thermique ultime est une eau souterraine à 55 degrés, vous «pompez en descente». Ça pompe toujours, mais c'est beaucoup plus efficace.

Pensez à ce que cela signifie pour l'efficacité de la pompe à chaleur (A / C est un type de pompe à chaleur) lorsque le pl, car il fait plus frais que vous ne le souhaitez dans votre maison, et donc en A / C mode, votre pompe à chaleur «pousse la chaleur vers le bas. Ce qui la rend plus efficace.

Le point général est de ne pas concevoir d'inefficacité simplement parce que c'est conventionnel, puis d'essayer de gagner en efficacité après coup. Explorez vraiment l'état de l'art.

Une autre option est un toit double. Il n'est pas nécessaire que ce soit un toit contigu; il suffit de mettre le toit principal à l'ombre. Les panneaux solaires peuvent faire cela, mais les pompiers sont généralement kitchs de couvrir une trop grande partie de votre toit avec des panneaux solaires.

Utiliser le réseau comme tampon ... ou pas?

La façon dont votre électricité est facturée est un facteur important. Si vous êtes sur net metering , ce qui signifie que chaque KWH généré par l'énergie solaire détend un KWH de votre facture, alors vous utilisez le réseau comme dispositif de stockage - vous pouvez faire fonctionner une charge de sécheuse à 21 h en utilisant l'énergie que vous avez générée à le midi.

Cependant, si vous payez des frais de pointe / creuse, ou si vous êtes crédité d'un tarif inférieur pour la puissance à flux inversé par rapport à l'aller, alors vous voulez que l'énergie solaire fonctionne lorsque vous êtes à des pics de consommation d'énergie - en d'autres termes lorsque le climatiseur travaille le plus dur. La bonne nouvelle est que les besoins en climatisation sont dus à la charge solaire, qui est exactement ce qui fait fonctionner les panneaux solaires, de sorte qu'ils fonctionnent à l'unisson.

La mauvaise nouvelle est qu'en réalité, le climatiseur a besoin d'un retard considérable de la charge solaire; 3 heures après le lever du soleil ma maison est froide, 3 heures avant le coucher du soleil c'est insupportable, même si elles ont exactement la même solarisation en ce qui concerne les panneaux. Je soupçonne que c'est la masse thermique normale de la maison au travail. C'est pourquoi une stratégie consiste à augmenter considérablement cette masse thermique et cette isolation, afin de ralentir considérablement ce taux de swing.

En supposant que vous (a) sur le réseau électrique ordinaire et (b) que vous êtes sur le système de livraison de gaz naturel normal (c'est-à-dire que vous n'avez pas besoin de livraisons de propane), en règle générale , le chauffage au gaz naturel sera le plus rentable dans la plupart des régions des États-Unis. Si vous n'utilisez pas le réseau de gaz naturel (utilitaire) régulier, l'électricité présente certains avantages. Alternativement, si vous n'êtes pas sur le réseau électrique régulier, les panneaux solaires présentent d'énormes avantages (c'est-à-dire mieux que de simplement compter sur des générateurs diesel ou au gaz naturel).

Mais en supposant que ce soit normal (gaz utilitaire & électrique ), je séparerais le problème du panneau solaire du problème du chauffage. Puisque vous êtes au Texas, la climatisation est probablement plus critique une grande partie de l'année que le chauffage. De plus, les panneaux solaires ne fonctionnent que pendant la journée et le besoin de chauffage le plus important (et à certaines périodes de l'année, le besoin de chauffage seul ) est la nuit. Ainsi, les panneaux solaires sans stockage de batterie (par exemple, Tesla Powerwall) aideraient avec les coûts d'énergie globaux mais pas beaucoup avec votre chauffage en soi.

Panneaux solaires sans stockage de batterie

Panneaux solaires sans batterie le stockage est généralement utilisé pour générer de l'énergie qui est convertie du courant continu en courant alternatif (inversé) et injectée dans le réseau local. En effet, les meilleurs jours, vous générez plus que ce que vous consommez (bien que la climatisation puisse avoir un impact énorme sur cela) et la compagnie d'électricité vous paie pour fournir de l'électricité quand elle en a le plus besoin. En fonction des tarifs d'électricité locaux, vous pouvez très bien vous en servir en fonction de la "demande de pointe" ou cela peut être moins utile en fonction principalement de la consommation (kWh).

Panneaux solaires avec stockage sur batterie

Si vous ajoutez du stockage sur batterie (un coût initial supplémentaire important), vous bénéficiez de quelques avantages:

• Power Shifting - Si vous générez plus que ce dont vous avez besoin pendant la journée, vous stockez de l'énergie supplémentaire à utiliser la nuit. Si vous n'obtenez pas beaucoup d'énergie de la compagnie d'électricité, cela peut vous faire économiser plus (en réduisant l'utilisation totale) que vous ne gagneriez en vendant l'excédent à l'utilitaire.
• Batterie de secours - Au lieu de juste une petite batterie de secours pour votre ordinateur, vous obtenez une batterie de secours pour toute la maison - éclairage, ordinateur, télévision, chauffage (si vous utilisez du gaz naturel, vous avez besoin d'électricité pour les commandes du ventilateur & - que la batterie de secours peut fournir assez facilement - mais je ne mettrais pas un chauffage électrique direct sur un système de batterie de secours), etc.

Chauffage électrique

Il y a un nombre de différents types de chauffage électrique. Le chauffage par résistance est essentiellement de grandes bobines - comme un grille-pain pour votre maison. Le chauffage par résistance est très simple (et donc relativement peu coûteux) mais est très inefficace. En fait, il est efficace pour convertir l’électricité en chaleur, mais cela est économiquement inefficace par rapport à d’autres combustibles, à moins que vous ne produisiez toute votre énergie via des panneaux solaires (et donc ne le faites pas) t payer le service public pour l'électricité), mais les installations de panneaux solaires résidentielles typiques ne fournissent qu'une fraction de l'électricité totale utilisée.

Une pompe à chaleur - essentiellement un climatiseur qui peut fonctionner à l'envers pour produire de la chaleur au lieu d'enlever chaleur - est une excellente alternative. Il peut être plus rentable que le chauffage par résistance, à condition de ne pas avoir vraiment froid . Lorsqu'il fait très froid, une thermopompe utilise le «chauffage d'urgence», qui est généralement un chauffage par résistance, car une thermopompe normale ne peut tout simplement pas faire grand-chose si l'air extérieur est trop froid. Heureusement, au Texas, cela fonctionne bien - par exemple, Dallas a des creux moyens en hiver dans les années 30, donc le chauffage d'urgence n'aurait pas besoin d'être utilisé très souvent.

Si, pour une raison quelconque, une pompe à chaleur n'est pas une option (y compris "je ne les aime pas" ce qui, je pense, est beaucoup plus un problème dans les endroits plus froids où ils ne fonctionnent pas aussi bien), alors naturel la fournaise au gaz (utilisant le même système de traitement de l'air que la climatisation) est la voie à suivre.

Faites le calcul

Beaucoup dépendra de:

• Coût des panneaux solaires
• Coût de stockage des batteries
• Coût local de l'électricité
• Coût local du gaz naturel
• Paiement des services publics ( le cas échéant) pour l'électricité produite par votre panneau solaire
• Consommation totale prévue d'électricité de pointe à &

Mon intuition est qu'avec la baisse progressive du coût des panneaux solaires et du stockage des batteries , un système solaire + batterie complet et une pompe à chaleur pour chauffer le refroidissement d'& auraient probablement du sens, en particulier dans le cadre d'une nouvelle construction dans un endroit chaud et ensoleillé d'& comme le Texas. Mais votre kilométrage peut varier.

Si vous concevez correctement le solaire thermique, étant donné l'ensoleillement annuel (supérieur à mon emplacement dans l'UE d'environ un facteur de 2), alors avec une bonne isolation, vous pouvez éviter de chauffer du tout.

Mais vous devrez maximiser le gain solaire passif - permettant à l'énergie solaire de pénétrer dans le bâtiment en hiver par exemple.

Utilisez un chauffage par le sol alimenté par les capteurs solaires thermiques et son ballon de stockage d'eau chaude associé - c'est faible température par rapport aux radiateurs "normaux".

Commencez par l'efficacité

Le point général de Harper sur le fait de commencer avec une enveloppe efficace est mortel; la gestion des gains solaires en sera une grande partie au Texas, et vous devrez également faire attention à la façon dont vous appliquez l'isolation et les pare-air pour éviter de piéger la vapeur d'eau ou l'humidité dans les assemblages de murs ou de toits. Le test ultime de ceci est un test de porte soufflante qui mesure réellement la quantité d'air qui peut fuir dans et hors de votre maison; ce test, ainsi que la thermographie infrarouge (qui est efficace pour localiser les fuites), sont le pain et le beurre de l'analyse des performances de la maison, ainsi qu'une certaine intuition et une compréhension du fonctionnement de la chaleur, de l'air et de l'humidité / eau.

Les greniers et les conduits ventilés ne se mélangent pas !

Une erreur classique dans la construction résidentielle du Sud est l'utilisation d'un grenier ventilé pour abriter les équipements de CVC et les conduits. Cela raccourcit non seulement la durée de vie de l'équipement en raison des températures ambiantes élevées présentes dans les greniers du sud, mais gaspille une énergie et une capacité précieuses pour surmonter le gain de chaleur par les conduits pendant les saisons de refroidissement, souvent de l'ordre de 10-25 %.

Par conséquent, si vous utilisez un système de conduits, il vaut bien mieux placer les conduits à l'intérieur de l'enveloppe du bâtiment complètement, d'une manière ou d'une autre . Les configurations de «toit chaud» peuvent bien fonctionner au Texas en raison du manque de problèmes de barrage de glace là-bas, mais nécessitent essentiellement un système de toiture capable de résister à des températures élevées. Il existe également des configurations, telles que des fermes en ciseaux, qui forment un espace de cockloft mécanique entre le plafond de finition et le plan de l'enveloppe du plafond, c'est-à-dire où vit l'isolation du grenier, si cela ne vous dérange pas la complexité structurelle supplémentaire que cela implique.

Attention au Ductopus, étrangleur des climatiseurs!

En plus de cela, la construction résidentielle du Sud aggrave l'erreur de placer des conduits dans le grenier à l'aide de quelques sacs de conduit flexible et d'un installateur acharné ou trois, ce qui donne un monstruosité connue sous le nom de "ductopus" apparaissant dans son grenier. Le conduit flexible non étiré crée des pertes de frottement excessives, ce qui réduit l'efficacité du ventilateur à fournir de l'air conditionné dans les espaces intérieurs, obligeant ainsi à augmenter davantage le système pour surmonter cette condition.

L'antidote à cela est conception et installation appropriées des conduits - en appliquant rigoureusement le manuel ACCA D, en installant correctement les conduits et en évitant l'utilisation aveugle de flex, vous aurez une chance de pouvoir utiliser les manuels J et S pour dimensionner correctement votre Système CVC pour votre maison, au lieu d’adopter l’approche «plus gros est meilleur» pour résoudre le problème, car plus grand n’est pas meilleur en matière de CVC, surtout si vous construisez un système haute performance accueil. Bien sûr, vous voudrez tester vos conduits une fois installés pour vous assurer que la pression statique à travers le ventilateur est suffisamment basse; c'est aussi une bonne mesure de la qualité de fabrication globale des techniciens CVC.

Jouez avec vos forces

Le Texas est un climat essentiellement rafraîchissant, dans l'ensemble. En conséquence, puisque vous voudrez une sorte de climatisation de toute façon , le choix logique pour transformer l'électricité en chaleur est ici une pompe à chaleur. De plus, l'utilisation de la chaleur par résistance électrique est un gros gaspillage d'énergie lorsque votre électricité provient de panneaux solaires; en conséquence, vous voudrez une installation de pompe à chaleur qui évite le "chauffage d'urgence" de la bande de chaleur.

Cela nous amène carrément à des mini-pompes à chaleur split , des variétés avec ou sans conduit. Au lieu de laisser le ventilateur à passage intégral et d'utiliser la chaleur de résistance pour à la fois alimenter le processus de dégivrage et compenser la chaleur manquante, les mini-splits arrêtent leur ventilateur intérieur pendant le dégivrage, leur permettant ainsi de dégivrer sans brûler de puissance dans les bandes chauffantes à résistance ou souffler de l'air froid partout.

Les mini-splits ont également l'avantage de pouvoir utiliser soit plusieurs têtes sans conduit soit -Têtes canalisées au plafond qui permettent de se passer d'un grenier ou d'un sous-sol pleine grandeur pour loger les conduits de CVC une proposition de conception plus facile. Il existe également des appareils de traitement d'air de grande taille pour les mini-splits d'aujourd'hui si vous souhaitez en utiliser un pour piloter un système entièrement canalisé. Cependant, vous devez faire attention à la conception et à l'installation des conduits avec cette approche, car leurs ventilateurs ne peuvent pas fournir autant de pression statique que ceux des appareils de traitement d'air à système divisé plus typiques.

Pourquoi pas au gaz?

Le problème avec le gaz dans un climat comme le vôtre est que pour vous, les fournaises à gaz sont de taille unique: trop grandes! Pour un climat avec des charges de chauffage légères comme le vôtre, même les plus petites fournaises au gaz seront largement surdimensionnées par rapport à vos besoins réels, en particulier dans une enveloppe de bâtiment haute performance, car les charges de chauffage diminuent plus rapidement que les charges de refroidissement lorsque vous ajoutez de l'isolant et enlevez. chemins de fuite d'air.

Étant donné les inconvénients de confort et d'efficacité d'un four surdimensionné (même s'il peut moduler), cela rend la chaleur mini-split plus attrayante, en particulier avec les mini-splits d'aujourd'hui qui peuvent gérer à peu près tout ce que le Texas leur lancera pour les températures extérieures. . Cependant, je n’écarterais pas complètement le chauffage au gaz: les chaudières hydroniques modernes à gaz modulant-condensation sont hautement efficaces et peuvent également alimenter un chauffe-eau indirect pour fournir de l’eau chaude sanitaire. ainsi que l'alimentation d'un serpentin de traitement d'air, de radiateurs ou de chauffage au sol pour le chauffage des locaux. Cela permet à la chaudière de fonctionner dans une plage efficace toute l'année tout en offrant une efficacité facilement comparable aux appareils à gaz haut de gamme pour le chauffage de l'eau et le chauffage des locaux.

Si vous disposez de suffisamment d'énergie solaire pour gérer le refroidissement pendant l'été, vous disposez probablement de suffisamment d'énergie solaire pour gérer le chauffage pendant l'hiver. La question est de savoir si vous pouvez obtenir plus d'argent en vendant l'énergie solaire au réseau et en utilisant cet argent pour acheter du gaz pour le chauffage. La réponse est généralement oui, tant que vous pouvez vendre au réseau à un prix décent.

Probablement mieux pour l'environnement aussi. La plupart de l'électricité provient de combustibles fossiles, et c'est moins efficace que de les brûler pour se chauffer. En poussant l'énergie solaire vers le réseau, vous pouvez réduire les combustibles fossiles nécessaires à l'électricité.

Ma méthode préférée est la petite climatisation, réversible, COP de 1 à 3. Le service peut être coûteux.