Les bâtiments résidentiels de faible hauteur comprennent les plus petits bâtiments produits en grande quantité. Les maisons unifamiliales isolées, par exemple, ont entre un et trois étages et répondent généralement aux besoins de leurs utilisateurs avec environ 90 à 180 mètres carrés (environ 1 000 à 2 000 pieds carrés) de surface de plancher fermée. Parmi les autres exemples, citons la maison en rangée urbaine et les immeubles d’habitation sans ascenseur. En général, ces formes ont des coûts unitaires relativement bas en raison du pouvoir d’achat limité de leurs propriétaires. La demande pour ce type de logement est largement répartie géographiquement et, par conséquent, la plupart sont construits par de petits entrepreneurs locaux utilisant relativement peu de grosses machines (principalement pour le terrassement) et une grande quantité de travail manuel sur le chantier. La demande pour ces bâtiments peut connaître d’importantes variations locales d’une année à l’autre, et les petits constructeurs peuvent mieux absorber ces fluctuations économiques que les grandes organisations. Les systèmes de construction développés pour ce marché reflètent l’importance du travail manuel et les faibles coûts unitaires. Une partie des maisons individuelles sont construites en usine, c’est-à-dire que de grandes parties du bâtiment sont préfabriquées puis transportées sur le site, où un travail supplémentaire considérable est nécessaire pour achever le produit fini.

Fondations

Toutes les fondations doivent transmettre les charges du bâtiment à une couche de terre stable. Il existe deux critères de stabilité : premièrement, le sol sous les fondations doit pouvoir recevoir la charge imposée sans s’affaisser de plus de 2,5 centimètres (un pouce) et, deuxièmement, l’affaissement doit être uniforme sous l’ensemble du bâtiment. Il est également important que le fond des fondations soit situé sous le niveau maximal de gel en hiver. Le sol humide se dilate lorsqu’il gèle, et les cycles répétés de gel et de dégel peuvent déplacer le bâtiment vers le haut et vers le bas, ce qui peut entraîner des déplacements et des dommages. La profondeur maximale de gel varie selon le climat et la topographie. Elle peut atteindre 1,5 mètre (cinq pieds) dans les climats continentaux froids et est nulle dans les régions tropicales et certaines régions subtropicales. Les systèmes de fondation des bâtiments résidentiels de faible hauteur sont adaptés aux charges légères qu’ils supportent ; presque tous reposent sur des semelles de répartition, qui sont de deux types : les semelles continues qui supportent les murs et les semelles isolées qui supportent les charges concentrées. Les semelles elles-mêmes sont généralement faites de béton coulé directement sur le sol non remanié à une profondeur minimale d’environ 30 centimètres (12 pouces). Si des semelles en béton continues typiques sont utilisées, elles supportent généralement un mur de fondation qui sert soit de mur de soutènement pour former un sous-sol, soit de mur antigel avec de la terre des deux côtés. Les murs de fondation peuvent être construits en béton armé ou en maçonnerie, notamment en blocs de béton. Les blocs de béton sont d’une taille standard plus grande que les briques et sont creux, formant une grille de plans verticaux. Ils constituent la forme de maçonnerie la moins coûteuse – ils utilisent un matériau bon marché mais solide – et leur grande taille permet d’économiser la main-d’œuvre nécessaire à leur pose. Leur aspect et leur résistance aux intempéries sont inférieurs à ceux de la maçonnerie cuite, mais ils sont satisfaisants pour les murs de fondation. Dans certains endroits, on utilise des murs de fondation en bois et des semelles de répartition. L’excavation des fondations est l’opération la plus mécanisée de ce type de construction ; elle est presque entièrement réalisée à l’aide de bulldozers et de pelleteuses.

Systèmes structurels

Charpente en bois

Dans ces petits bâtiments, les matériaux anciens que sont le bois et la maçonnerie sont encore prédominants dans les systèmes structurels. En Amérique du Nord, où les forêts de résineux sont abondantes, les charpentes légères en bois, issues de la charpente à ballons du XIXe siècle, sont largement utilisées. Ces charpentes « à plate-forme » actuelles sont faites de bois de dimension standard, généralement d’une épaisseur de deux ou quatre centimètres (0,75 ou 1,5 pouce), qui sont assemblés par des clous fabriqués à la machine et d’autres fixations métalliques à l’aide d’outils manuels.

La première étape consiste à construire un plancher, qui repose sur le mur de fondation. Un seuil en bois lourd est fixé au mur à l’aide de boulons d’ancrage et, par-dessus, sont clouées les solives de plancher, généralement de 4 × 28 centimètres (1,5 × 11,25 pouces) et espacées de 40 centimètres (16 pouces). La portée des solives de plancher est généralement d’environ 3,6 mètres (12 pieds), ce qui correspond à la longueur maximale habituelle des bois disponibles. Le plancher peut avoir besoin de supports intermédiaires sous la forme de murs de fondation intérieurs ou, s’il y a un sous-sol, de poutres intermédiaires en bois ou en acier soutenues par les murs de fondation et les colonnes. Pour les portées plus longues, il est possible de fabriquer des fermes de plancher, dont les éléments sont reliés par des grilles de clouage ou des goussets en contreplaqué cloués, ou encore par des membrures en bois et des membrures diagonales en métal. Au-dessus des solives se trouve un sous-plancher en contreplaqué cloué, qui forme le plancher et donne une stabilité latérale au plan du plancher.

Les murs porteurs extérieurs sont constitués de montants verticaux en bois de 4 × 9 centimètres (1,5 × 3,5 pouces ; « 2 × 4 »), espacés de 40 ou 60 centimètres (16 ou 24 pouces), qui reposent sur un bois horizontal, ou plaque, cloué à la plate-forme du plancher et supportant une double plaque au sommet. Les murs sont recouverts à l’extérieur de panneaux de contreplaqué ou de panneaux de particules afin de fournir une surface pour fixer le revêtement extérieur et pour assurer la stabilité latérale contre le vent. Le contreplaqué et les panneaux de particules sont fabriqués en panneaux de dimensions standard. Le contreplaqué est constitué de fines couches de bois, coupées au chalumeau à partir de rondins et collées ensemble, le fil du bois étant perpendiculaire aux couches adjacentes. Les panneaux de particules sont constitués de fines particules de bois mélangées à une matrice adhésive et laissées durcir sous pression. Au-dessus de la plaque murale est placé soit un deuxième étage, soit le toit.

Comme la plupart des matériaux de couverture utilisés dans ces bâtiments ne sont pas totalement étanches, les toits doivent avoir des surfaces inclinées pour évacuer rapidement l’eau de pluie. Les formes inclinées sont créées par deux méthodes. La méthode traditionnelle consiste à utiliser des solives semblables à celles des planchers pour couvrir les murs extérieurs. Des chevrons sont cloués aux extrémités de chaque solive et les chevrons se rejoignent au niveau d’un élément de faîtage central, formant ainsi un grenier triangulaire. Lorsqu’aucun grenier n’est nécessaire, il s’est avéré plus économique de couvrir le toit avec des fermes triangulaires avec des membrures intérieures. Ces fermes de toit sont généralement constituées de bois étroits assemblés par des clous, de la colle ou des connecteurs métalliques, et elles sont souvent préfabriquées en atelier. Un revêtement en contreplaqué ou en panneaux de particules est ensuite cloué sur les surfaces du toit pour recevoir la couverture et assurer la stabilité latérale, faisant de l’ensemble de la charpente une boîte rigide.

Les charpentes en bois léger sont assez inflammables, mais les petits bâtiments d’un ou deux étages sont faciles à évacuer en cas d’incendie, et les codes du bâtiment permettent l’utilisation de ces charpentes avec des caractéristiques telles que des plaques de plâtre résistantes au feu à l’intérieur et des coupe-feu (courts éléments en bois) entre les montants. Les structures en bois sont attaquées par certaines espèces d’insectes, comme les termites et les fourmis charpentières, ainsi que par certains champignons, en particulier dans les climats chauds et humides. Le bois peut être traité chimiquement pour décourager ces attaques ; d’autres précautions consistent à élever le bois au-dessus du sol et à le garder au sec.

Murs en maçonnerie

Les murs en maçonnerie structurale sont également utilisés dans ce type de bâtiment, principalement dans les bâtiments à plusieurs étages, où ils offrent une plus grande capacité de charge et une meilleure résistance au feu. La brique et le bloc de béton sont les principaux matériaux, la brique étant privilégiée pour les surfaces extérieures en raison de son aspect et de sa durabilité. Les murs en briques pleines sont rarement utilisés, en raison des coûts élevés de la main-d’œuvre et des matériaux ; les murs composites de briques et de blocs ou de blocs seuls sont courants. Les murs à cavités sont utilisés dans les climats plus froids ; dans ce cas, deux couches verticales de maçonnerie sont construites de part et d’autre d’une couche d’isolation rigide. Les murs sont reliés entre eux par une armature en acier qui traverse l’isolant et est posée à intervalles réguliers dans les joints horizontaux de la maçonnerie. Les murs creux ont un débit calorifique qui représente 50 % de celui d’un mur plein. La construction de planchers et de toits en bois, similaire à la charpente à ballons, est utilisée avec la construction en maçonnerie ; on utilise également des panneaux creux en béton précontraint préfabriqués, qui sont ignifuges et peuvent atteindre une portée de neuf mètres (30 pieds).

Systèmes de fermeture

Les systèmes de fermeture pour ce type de bâtiment sont variés. Pour les toits, on utilise des bardeaux de bois traditionnels ou, plus souvent, des bardeaux d’asphalte en feutre, ainsi que des tuiles d’argile semi-cylindriques et des toits métalliques à joint debout. L’eau de pluie provenant des toits est généralement recueillie dans des gouttières métalliques et dirigée vers des tuyaux de descente extérieurs qui se déversent sur des blocs d’éclaboussures ou dans des drains souterrains reliés aux égouts pluviaux.

Les surfaces murales des bâtiments résidentiels de faible hauteur sont revêtues de différents matériaux. Les éléments traditionnels en bois, tels que les bardeaux et le bardage horizontal en shiplap, ou clapboard, sont utilisés sur les charpentes légères, tout comme le bardage vertical à rainure et languette et les planches et les lattes. Les bardages en aluminium et en vinyle ont été adaptés de ces formes en bois. La brique et le placage de pierre sont également appliqués sur le bois et ancrés à l’aide d’attaches métalliques. Le plâtre de ciment, ou stuc, est un autre matériau traditionnel utilisé pour envelopper les structures en bois et en maçonnerie, et son application semi-liquide permet une grande plasticité des formes. Un développement plus récent est un stuc en résine synthétique très mince appliqué directement à la surface d’un isolant en mousse plastique rigide.

L’isolation, qui ralentit le taux de transfert de chaleur à travers l’enceinte, est généralement appliquée sur toutes les surfaces extérieures du bâtiment qui sont exposées à l’air. Il existe deux grands types d’isolants, rigides et non rigides. Les isolants rigides sont principalement des mousses plastiques (l’air mort dans les cellules de mousse est le véritable isolant), dont l’épaisseur varie de 2,5 à cinq centimètres (un à deux pouces). Il s’agit notamment de la mousse de polystyrène, utilisée principalement sous le niveau du sol derrière les murs en gel en raison de sa faible résistance au feu, de la mousse d’uréthane, de la mousse d’isocyanurate, qui présente la meilleure résistance au feu, et de la mousse de verre. Les isolants non rigides sont généralement constitués de fibres – la fibre de verre étant la plus courante – et sont souvent recouverts d’un papier d’aluminium sur une face. Les isolants en fibre sont fabriqués dans des épaisseurs allant jusqu’à 23 centimètres (9,25 pouces). L’efficacité d’un matériau isolant est mesurée en fonction de son taux de transfert de chaleur, ou valeur U, souvent exprimé comme le nombre de BTU passant à travers une unité donnée de matériau isolant chaque heure pour un différentiel de température exprimé à travers le matériau. De faibles valeurs U indiquent de bonnes propriétés isolantes du matériau. La valeur U est une fonction inverse de l’épaisseur, de sorte qu’il y a une limite à la rentabilité de l’augmentation de la quantité d’isolation sur une surface. Les panneaux isolants rigides sont appliqués sur le revêtement vertical des murs et le matériau de revêtement est fixé à travers l’isolant, ou bien ils sont appliqués sur les terrasses de toit horizontales. La fibre de verre est généralement appliquée dans les espaces entre les montants des murs et entre les solives de toit ou les membrures inférieures des fermes de toit.

La plupart des bâtiments résidentiels de faible hauteur comportent un nombre limité d’ouvertures transparentes à l’extérieur, en raison des exigences traditionnelles d’intimité intérieure et du coût relativement plus élevé des fenêtres par rapport aux murs opaques. Les cadres traditionnels en bois des fenêtres domestiques sont souvent recouverts d’un revêtement en vinyle extrudé ou en aluminium, et les cadres entièrement en aluminium extrudé sont courants. Les fenêtres résidentielles sont un moyen important de ventilation, et il existe une variété d’actions de fonctionnement pour leurs sections mobiles : les fenêtres coulissantes ou à guillotine sont toujours la forme la plus courante, mais les types à charnière – y compris les formes à battant, à trémie et à auvent – sont également utilisés. Les portes à panneaux de verre coulissants sont également utilisées, notamment dans les régions chaudes. Les vitrages sont toujours en grande partie en verre transparent. Le double vitrage, avec deux vitres collées à un séparateur tubulaire métallique qui contient un dessiccateur, est rentable dans les climats nordiques, mais le triple vitrage n’est couramment utilisé que dans les régions situées au-dessus de 55 à 60° de latitude. Un développement récent est le verre miroir de chaleur, dans lequel un revêtement à faible émissivité augmente l’opacité relative du verre au rayonnement infrarouge et ralentit le taux de perte de chaleur interne en hiver.

Finitions intérieures

Les finitions intérieures et les systèmes de division de l’espace définissent les espaces de vie dans les bâtiments résidentiels avec une gamme de matériaux naturels et synthétiques. La finition murale la plus utilisée est la plaque de plâtre, une forme préfabriquée de plâtre humide traditionnel. Le plâtre humide est coulé entre des parements en papier pour former de grands panneaux qui sont cloués sur des ossatures légères en bois ou en métal. Les joints entre les panneaux sont remplis d’un composé de résine à prise dure, ce qui donne une surface lisse et sans joint qui présente une résistance au feu considérable. Les plaques de plâtre constituent le substrat sur lequel un certain nombre d’autres matériaux, notamment le contreplaqué mince plaqué de bois et les tissus vinyliques, peuvent être appliqués à l’aide d’adhésifs. Dans les zones humides, comme les cuisines et les salles de bains, on utilise des plaques de plâtre résistantes à l’eau, auxquelles on ajoute parfois des carreaux de céramique collés.

Les portes des bâtiments résidentiels sont généralement du type à âme creuse, avec de minces placages de bois collés sur une âme en papier alvéolaire et des bandes de bordure en bois massif ; les cadres de porte sont généralement constitués de formes en bois usiné. Les cadres de porte sont généralement fabriqués dans des formes en bois usiné. Les stratifiés plastiques collés aux panneaux de particules sont largement utilisés pour les armoires encastrées et les comptoirs. Le revêtement de sol le plus courant est la moquette, dont la plupart sont désormais en fibres synthétiques, remplaçant la laine et le coton traditionnels. Elle peut être facilement entretenue, et sa texture douce, visuelle et tactile, ainsi que ses qualités d’absorption acoustique, la rendent attrayante pour un usage résidentiel. Les bois durs – principalement le chêne, le bouleau et l’érable – sont également utilisés pour les sols, à la fois sous forme de planches étroites traditionnelles clouées sur des supports en contreplaqué et sous forme d’éléments de parquet préfabriqués, qui sont appliqués avec des adhésifs. Dans les zones humides ou à usage intensif, on utilise des carreaux de composition en vinyle ou des carreaux de céramique.

Plomberie

Les systèmes d’approvisionnement en eau domestique des bâtiments résidentiels de faible hauteur ont deux sources, soit les systèmes municipaux de distribution d’eau, soit, en l’absence de tels systèmes, des puits forés dans des aquifères souterrains non contaminés. L’eau est tirée des puits à l’aide de petites pompes électriques submersibles, qui sont descendues à travers le tubage du puits jusqu’à la prise d’eau. Les tuyaux extérieurs souterrains d’alimentation en eau sont généralement en fonte avec des raccords filetés pour contenir les pressions appliquées au fluide, qui sont généralement suffisantes pour le faire monter de quatre étages. À l’intérieur du bâtiment, des tuyaux en cuivre avec des raccords soudés sont utilisés pour la distribution en raison de leur résistance à la corrosion et de leur facilité de fabrication ; dans certaines zones, des tuyaux en plastique sont également utilisés. L’alimentation en eau domestique est divisée en deux systèmes, l’un froid et l’autre chaud, l’eau froide étant directement acheminée vers les appareils sanitaires. Le système d’eau chaude fait d’abord passer l’eau par un réservoir de chauffage à eau chaude, qui porte sa température à environ 60 °C (140 °F) à l’aide d’une résistance électrique ou de gaz. Les chauffe-eau domestiques qui utilisent le rayonnement solaire pour chauffer l’eau dans des serpentins exposés au soleil sur une plaque métallique noire recouverte de verre (capteurs solaires plats) se trouvent dans les régions où l’ensoleillement est important et les coûts énergétiques relativement élevés. L’eau chaude est ensuite distribuée du chauffe-eau aux appareils sanitaires dans un système de tuyaux en boucle de recirculation, dans lequel la gravité et les différences de température maintiennent une température constante en période de faible demande.

La principale utilisation résidentielle de l’eau se fait dans la salle de bains, qui comprend généralement une baignoire en fonte ou en acier embouti recouverte d’un revêtement en porcelaine céramique (bien que l’on utilise également de la résine renforcée de fibre de verre), un lavabo en céramique et des toilettes en céramique de type réservoir. La baignoire et le lavabo sont alimentés en eau chaude et froide par des robinets à levier ou à vis. Le robinet des toilettes est également actionné par un levier et la chasse d’eau est actionnée par la gravité de l’eau contenue dans le réservoir. Les baignoires-douches sont également courantes, souvent intégrées dans les niches de la baignoire ou dans un compartiment séparé revêtu de carreaux de céramique. Dans certains pays, un bidet est inclus.

Parmi les autres équipements sanitaires très répandus, citons les éviers de cuisine, généralement en fonte ou en acier embouti avec un revêtement en porcelaine céramique, ou en acier inoxydable, les lave-vaisselle automatiques et les lave-linge automatiques. Les éviers de cuisine peuvent être équipés de broyeurs à déchets, qui broient les déchets solides en une bouillie fluide qui est évacuée avec les eaux usées. Lorsqu’il existe un risque de siphonage des eaux usées dans le réseau d’alimentation en eau, un brise-vide doit être installé au niveau de l’alimentation pour empêcher ce phénomène, mais la plupart des installations sanitaires domestiques sont conçues pour éviter ce risque.

Les systèmes d’évacuation des eaux usées sont constitués de tuyaux en fonte avec des joints filetés ou des joints à cloche et embout scellés avec du plomb fondu, ou de tuyaux en plastique avec des joints soudés au solvant. Le tuyau d’évacuation de chaque appareil sanitaire est muni d’une courbe inverse semi-circulaire, ou siphon, qui reste constamment remplie d’eau et empêche les odeurs du système d’évacuation de s’échapper dans les espaces occupés. Immédiatement en aval de chaque siphon se trouve une ouverture vers un système de tuyaux de ventilation, qui laisse entrer l’air dans le système d’évacuation et protège les joints d’eau dans les siphons contre l’élimination par siphonage ou contre-pression. Lorsque les eaux usées quittent le bâtiment, elles sont évacuées par une soupape anti-refoulement et dans des tuyaux souterrains en céramique. Elles s’écoulent ensuite par gravité vers une installation privée de traitement des eaux usées, telle qu’une fosse septique et un champ d’épandage, ou vers le réseau d’égouts public. Si le niveau de rejet des eaux usées est inférieur au niveau de l’égout, une pompe d’éjection des eaux usées est nécessaire pour élever les eaux usées à un niveau plus élevé, où la gravité les évacue.

Chauffage et refroidissement

Les systèmes de contrôle de l’atmosphère dans les bâtiments résidentiels de faible hauteur utilisent le gaz naturel, le mazout ou les serpentins à résistance électrique comme sources de chaleur centrales ; généralement, la chaleur produite est distribuée aux espaces occupés par un milieu fluide, soit de l’air ou de l’eau. Les serpentins à résistance électrique sont également utilisés pour chauffer directement les espaces de vie avec de l’énergie radiante. La distribution d’air forcé déplace l’air caloporteur à travers un système arborescent de conduits en tôle galvanisée de section ronde ou rectangulaire ; des ventilateurs électriques fournissent une différence de pression pour pousser l’air de la source de chaleur (ou du four) vers les espaces de vie, où il est expulsé par des grilles situées dans les murs ou les planchers. Le côté pression négative du ventilateur est relié à un autre système arborescent de conduits de retour d’air qui extraient l’air des espaces de vie par les grilles et le ramènent au four pour le réchauffer. L’air frais extérieur peut être introduit dans le flux d’air du système à partir d’une prise d’air extérieure, et l’air intérieur chargé d’odeurs peut être expulsé par un évent, assurant ainsi la ventilation, généralement au rythme d’environ un changement d’air complet par heure. Pour économiser l’énergie, des échangeurs de chaleur air-air peuvent être utilisés dans le processus d’évacuation et d’admission. L’air chauffé est généralement fourni en volume constant, et la température ambiante varie en réponse à un thermostat situé dans une pièce. Un contrôle central de l’humidité est rarement prévu dans ce type de bâtiment.

Un autre système de chauffage courant est le système à eau chaude par rayonnement. La source de chaleur est appliquée à une petite chaudière, dans laquelle l’eau est chauffée et à partir de laquelle elle circule par une pompe électrique dans des tuyaux en cuivre isolés similaires à un système d’eau chaude domestique. Les tuyaux peuvent être raccordés à des radiateurs en fonte ou en acier à tubes à ailettes dans les espaces de vie. Les radiateurs sont placés près des zones de plus grande déperdition de chaleur (comme les fenêtres ou les murs extérieurs) où leur énergie radiante chauffe l’air environnant et crée un cycle de convection dans la pièce, produisant une température à peu près uniforme. L’eau chaude peut également être acheminée par des tuyaux étroits placés en boucle continue pour créer une grande surface radiante ; ce réseau de tuyaux peut être coulé dans une dalle de béton ou placé au-dessus d’un plafond pour chauffer l’espace de vie adjacent. Le contrôle de la température dans les systèmes à eau chaude utilise un thermostat dans l’espace de vie pour ajuster le débit de l’eau pompée afin de varier la chaleur fournie.

Les systèmes de chauffage par résistance électrique radiante utilisent des serpentins dans les plinthes des pièces, qui créent des cycles de convection semblables à ceux des radiateurs à eau chaude, ou des câbles de résistance en boucle continue encastrés dans les plafonds en plâtre. Le contrôle de la température locale peut être beaucoup plus précis avec le chauffage électrique, car il est possible d’installer un rhéostat à commande thermostatique pour faire varier la production d’énergie de sections relativement petites de plinthes ou de câbles.

Un type de chauffage des locaux de plus en plus utilisé dans les bâtiments résidentiels est le rayonnement solaire passif. Pendant les jours d’hiver ensoleillés, les fenêtres orientées vers le sud laissent entrer des quantités importantes d’énergie, souvent suffisantes pour chauffer l’ensemble du bâtiment. Les foyers à bois avec cheminée sont encore largement répandus dans les bâtiments résidentiels, mais leur utilisation est surtout d’ordre esthétique.

Le refroidissement de l’atmosphère dans les immeubles résidentiels de faible hauteur est souvent effectué localement à l’aide de climatiseurs unitaires, qui pénètrent dans le mur extérieur de l’espace à refroidir ; cela permet l’admission d’air frais lorsque cela est souhaité et l’expulsion de la chaleur pompée de l’espace vers l’air extérieur. Plus rarement, les systèmes de chauffage à air pulsé sont équipés de serpentins de refroidissement introduits dans le flux d’air afin de fournir un refroidissement central de l’intérieur. Un processus de refroidissement par compression est utilisé, similaire à celui d’un réfrigérateur domestique. Un réfrigérant, qui est un liquide à température ambiante, est pompé à travers un système fermé de tubes de cuivre enroulés. Une pompe électrique maintient une basse pression dans les serpentins de refroidissement, et le réfrigérant liquide passe à travers un détendeur d’une région à haute pression vers les serpentins à basse pression. Ce changement de pression entraîne un changement de phase du réfrigérant, qui passe de l’état liquide à l’état gazeux et absorbe de la chaleur au cours de ce processus, tout comme l’eau absorbe de la chaleur lorsqu’elle est bouillie et transformée en vapeur. L’absorption de chaleur de la transition du liquide au gaz refroidit l’air qui passe sur les serpentins de refroidissement. L’air refroidi circule dans le bâtiment grâce au système à air pulsé. Lorsque le réfrigérant gazeux à basse pression quitte les serpentins de refroidissement, il passe par la pompe et est mis sous pression. Le réfrigérant passe par des serpentins de condensation, situés à l’extérieur du bâtiment ; là, le changement de phase est inversé, le gaz se transformant en liquide à haute pression et libérant de la chaleur dans l’air extérieur passant sur les serpentins de condensation. Le réfrigérant liquide retourne au détendeur pour répéter le cycle de refroidissement. La machine frigorifique est donc une « pompe à chaleur » qui déplace la chaleur du bâtiment vers l’atmosphère extérieure. Les pompes à chaleur peuvent également fonctionner en sens inverse pendant les mois d’hiver pour pomper la chaleur de l’air extérieur vers l’intérieur du bâtiment ; elles fonctionnent mieux dans les climats doux avec des températures hivernales assez chaudes. L’utilisation des pompes à chaleur dans les climats froids pose de nombreux problèmes technologiques difficiles.

Les atmosphères intérieures sont également ventilées par le fonctionnement des fenêtres, ainsi que par des fuites involontaires au niveau de tous les types d’ouvertures extérieures. Les salles de bains, les cuisines et les buanderies génèrent des odeurs et de la chaleur et disposent souvent de systèmes d’évacuation séparés alimentés par des ventilateurs électriques qui fonctionnent par intermittence selon les besoins. La qualité de l’atmosphère résidentielle est également protégée par le détecteur de fumée, qui déclenche une alarme pour avertir d’un danger éventuel lorsque la fumée atteint un niveau même très faible dans les espaces de vie.

Systèmes électriques

Les systèmes électriques des bâtiments résidentiels sont alimentés par les réseaux électriques des services publics, à partir d’un transformateur abaisseur situé à proximité du bâtiment, qui réduit la haute tension de la ligne à un niveau plus sûr. Un câble souterrain ou aérien partant du transformateur mène au bâtiment, où il est relié à un compteur qui enregistre l’énergie utilisée par l’abonné. Immédiatement après le compteur se trouve un interrupteur principal à fusible qui protège le bâtiment contre une surtension accidentelle du réseau. Le service principal est ensuite divisé en un certain nombre de circuits par un tableau de distribution, chaque circuit étant doté d’un interrupteur à fusible. À partir du tableau de distribution, les fils de chaque circuit distribuent l’électricité aux différentes zones du bâtiment. Les fils sont généralement en cuivre, bien que l’aluminium soit également utilisé, et sont recouverts d’un isolant thermoplastique. Les fils doivent être contenus dans des conduits, qui sont des tubes en métal ou en plastique, pour les protéger contre les dommages et réduire les risques d’incendie en cas de surcharge accidentelle des fils. Les conduits sont généralement dissimulés dans les espaces finis à l’intérieur de l’ossature des cloisons ou au-dessus des plafonds et se terminent dans des boîtes de jonction affleurant la surface d’un mur. Les boîtes de jonction contiennent des dispositifs de raccordement tels que la prise de courant, les interrupteurs de commande ou le point de connexion des appareils d’éclairage intégrés.

L’éclairage résidentiel est principalement assuré par des appareils à incandescence mobiles branchés sur des prises de courant, mais il y a souvent un éclairage intégré dans les cuisines, les salles de bains, les couloirs et les placards, principalement de type incandescent. Il y a également une certaine utilisation de l’éclairage fluorescent, en particulier dans les luminaires intégrés. Dans l’ensemble, les niveaux d’éclairage intérieur des habitations sont faibles, de l’ordre de 20 à 40 bougies-pieds. L’éclairage extérieur est utilisé pour les entrées, les allées et les espaces de vie extérieurs.

Les densités de puissance des unités d’habitation sont assez faibles et diminuent en raison de l’utilisation accrue des appareils d’éclairage fluorescents et de l’amélioration de l’efficacité des appareils électriques. La baisse de la consommation d’énergie laisse entrevoir l’apparition généralisée d’habitations – en particulier de maisons individuelles – dotées de leurs propres systèmes indépendants de production et de stockage d’énergie électrique, non reliés aux réseaux des services publics. Les cellules photovoltaïques, qui convertissent directement la lumière du soleil en électricité, associées à des batteries de stockage, peuvent offrir à ces résidences un nouveau type d’autonomie énergétique.

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