Intégration des MCP au bâtiment

Pour étudier l’effet de la mise en place de plaques de MCP dans un bâtiment basse consommation, nous avons choisi de prendre comme support d’étude une maison ayant exactement les mêmes caractéristiques que celles de la plateforme INCAS (présentée au premier chapitre) mais possédant une enveloppe légère à ossature bois avec 20 cm d’isolant. Pour rappel, ces maisons sur deux niveaux sont de géométrie simple de base presque carrée (7.5 m par 8.5 m), et de surface habitable 100 m² environ. Très peu vitrées au nord, elles sont équipées de fenêtres à double vitrage de faible émissivité sur les trois autres façades. Les plaques de MCP sont intégrées en parement intérieur de toutes les parois verticales de l’enveloppe. Les simulations sont réalisées avec un

1 Matériaux à changement de phase et bâtiment 1.1 Intégration des MCP au bâtiment

modèle nodal à un nœud par étage et on compare le comportement thermique des maisons avec une seule plaque de MCP (5 mm), avec deux plaques superposées (1 cm) mais aussi sans MCP en utilisant à la place une plaque ayant les mêmes conductivité et capacité calorifique que le MCP à l’état solide.

Figure IV.1 : Evolution de la puissance de chauffage à l’étage

Les courbes de la partie supérieure de la figure IV.1 représentent l’évolution de la capacité calorifique des MCP tandis que celles de la partie inférieure représentent l’évolution de la puissance de chauffage dans les différents cas de figure. On peut voir que la capacité calorifique des MCP varie de 8000 à 12000 J/(kg.°C) alors que le potentiel total de variation est de 4500 à 15000 J/(kg.°C) environ. On ne tire donc pas complètement parti de la chaleur latente des MCP. Cependant, l’effet sur l’évolution de la puissance de chauffage est visible et on se rend compte que la mise en place du MCP réduit un peu l’amplitude de variation de cette puissance, comme si le bâtiment présentait plus d’inertie. Cette réduction est assez faible et si l’on relève la puissance maximale demandée sur la saison de chauffe, elle est quasiment identique dans les trois cas. Voyons maintenant l’effet des MCP en intersaison.

Figure IV.2 : Evolution de la température à l’étage en intersaison

Sur la figure IV.2, la partie supérieure représente, dans les trois cas, l’évolution de la température intérieure à l’étage qui reste dans la zone de confort matérialisée par les deux courbes en trait continu fort. On peut voir qu’à cette période, le MCP est sollicité de façon importante (sa capacité calorifique varie entre 5000 et environ 13000 J/(kg.°C) chaque jour) mais sans atteindre sa valeur maximale. Cela est dû au fait que sa température ne descend jamais en-dessous de la température de fusion. L’évolution des températures se fait dans la zone de confort mais la présence des MCP peut entraîner des chutes de température jusqu’à la limite basse de confort.

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Figure IV.3 : Evolution de la température à l’étage en été

En été (figure IV.3), on peut voir que la capacité calorifique du MCP varie peu car sa température est toujours suffisamment haute pour qu’il reste liquide. Ainsi, en été, ce bâtiment équipé de plaques de MCP a-t-il un comportement très proche de celui d’un bâtiment qui n’aurait pas de MCP, ce qui se traduit par des courbes d’évolution de température intérieure quasiment confondues.

sans MCP 5 mm de MCP 1 cm de MCP Nombre d'heure en dehors de la zone

de confort [h] 433 410 365

Nombre de degrès heure en dehors de

la zone de confort [°C.h] 601 580 502

Besoins de chauffage [kW.h/(m².an)] 20.4 20.2 20.1

Tableau IV.1 : Effet des plaques de MCP sur les besoins de chauffage et le confort Le tableau IV.1 présente les résultats globaux annuels concernant les besoins de chauffage et le confort. La dernière ligne met en évidence l’effet quasiment nul de la mise en place de panneaux de MCP sur les besoins de chauffage. En effet, en hiver, même si les MCP sont sollicités, l’énergie qu’ils dégagent à un moment de la journée est absorbée à un autre moment. L’amplitude de la courbe de puissance demandée est certes réduite par les MCP mais son intégrale, qui donne les besoins de chauffage, reste quasiment inchangée par rapport au cas sans MCP.

La première ligne du tableau nous indique que le nombre d’heures en dehors de la zone de confort est très important dans la configuration de base sans MCP (plus de 400 heures). Le bâtiment présente des surchauffes importantes en été à cause de sa faible inertie. La mise en place d’un système permettant d’augmenter le confort d’été tel que les plaques MCP se justifie donc pleinement. On voit pourtant que le gain est assez faible car la mise en place de deux plaques de MCP sur toute la surface intérieure des murs verticaux de l’enveloppe (soit 150 m²) n’entraîne qu’une réduction de 15% des heures de surchauffe et du nombre de degrés-heure au-dessus de la température de confort. Nous avons vu que cela était dû au fait qu’en été, les MCP ne sont quasiment pas sollicités car ils restent toujours liquides, leur température de fusion étant trop basse.