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Dimensionner les pompes à chaleur les plus courantes

Les propos de cette page concernent surtout les installations domestiques …

L’objectif n’est pas ici de donner une méthodologie de dimensionnement, mais bien de mettre en évidence les points caractéristiques à prendre en compte lors de la conception.

Optimiser l’installation

Une évolution de la puissance en sens contraire de la demande

Prenons le cas d’une pompe dont la source froide est l’air extérieur. On constate que malheureusement, l’évolution de la puissance fournie par la PAC se fait en sens contraire de la puissance appelée par le bâtiment.

Dimensionner une PAC capable de fournir la chaleur nécessaire par – 10 °C extérieurs générerait une puissance beaucoup trop élevée en mi-saison. Elle serait coûteuse à l’investissement et fonctionnerait alors durant de courtes périodes, avec une performance réduite.

Mais choisir une petite pompe à chaleur suppose un appoint de chaleur fort important, ce qui n’est pas plus performant, surtout si l’appoint est électrique.

Il faut donc évaluer la situation au cas par cas et optimiser le système.

Température de dimensionnement, de bivalence et limite

Le diagramme représente, dans la partie supérieure, les courbes relatives au circuit de chauffage, et, dans la partie inférieure, les besoins calorifiques et la puissance de chauffage de la PAC, le tout en fonction des températures extérieures.

Trois paliers importants sont définis en fonction des températures extérieures :

La température de dimensionnement (ou de base) : le système de chauffage est dimensionné en fonction de cette température.

La température de bivalence : en cas de fonctionnement bivalent, c’est au-dessous de cette température que la chaudière est utilisée.

La limite du chauffage : au-dessous de cette température, un système de chauffage est nécessaire.

Dans le diagramme supérieur, on voit que la PAC tente de donner un ΔT° à l’eau de retour mais que en dessous de la température de bivalence, elle n’arrive plus à assurer le niveau de t° de départ souhaité.

Le diagramme inférieur présente 2 fonctionnements bivalent-parallèles dont les sources de chaleur sont fondamentalement différentes :

Puissance chauffage PAC à peu près constante : la température de sortie du condenseur évolue parallèlement à la température de retour du chauffage (source de chaleur : par exemple nappe phréatique).

Puissance chauffage PAC fortement variable : la différence de température dans le condenseur augmente si la température extérieure croît (source de chaleur : par exemple air extérieur).

Dimensionnement de la pompe à chaleur Air/Eau

La première chose à faire est d’estimer les besoins calorifiques du bâtiment Q selon les normes en vigueur. Comme estimation rapide, on peut multiplier la surface chauffée (en tertiaire) par les besoins calorifiques suivants :

bâtiment neuf, isolation au niveau passif : 10 W/m²
bâtiment neuf, isolation de très bonne qualité : 40 W/m²
bâtiment neuf, isolation de bonne qualité : 50 W/m²
bâtiment présentant une isolation normale : 80 W/m²
bâtiment ancien sans isolation spéciale : 120 W/m²

Les études techniques et économiques montrent que la pompe à chaleur bivalente financièrement optimale doit être dimensionnée à 70 – 80 % des besoins d’énergie calorifique maximaux.

La PAC fournit la totalité des besoins calorifique jusqu’à la température d’équilibre (température de bivalence) en dessous de laquelle l’installation fonctionne en mode bivalent (la pompe à chaleur augmente la température de retour du chauffage et le second générateur de chaleur assure le complément). Cette température d’équilibre peut être déterminée sur base des graphiques de performance des appareils fournis par les constructeurs.

Reprenons l’exemple d’un constructeur allemand :

Les besoins calorifiques sont de 9 kW par – 14 °C (remarque : en Belgique, on dimensionne généralement pour – 10 °) et la limite de chauffage est fixée à 15 °C. Le graphique de performance indique une puissance de 5 kW pour la pompe à chaleur à – 14 °C. Pour la PAC choisie, le point d’équilibre se trouve à – 4,5 °C et indique une puissance à installer de 6,1 kW.

La puissance du chauffage d’appoint se mesure par la différence entre la puissance calorifique à fournir et la puissance de la PAC à la température de dimensionnement. Ici, elle est de 9 – 5 = 4 kW.

En mode monovalent, la pompe à chaleur est le seul générateur de chaleur à couvrir les besoins du bâtiment. Il faudra donc, le cas échéant, prendre en compte les besoins en eau chaude sanitaire.

Pour les pompes à chaleur avec appoint, ce supplément ne sera pris en compte que si la somme de puissance de chauffage supplémentaire demandée par l’ECS dépasse de 20 % les besoins calorifiques calculés selon la norme. Dans le cas contraire, on comptera sur l’appoint pour fournir le surplus de puissance.

Dimensionnement de la pompe chaleur Eau/Eau

Comme pour la pompe à chaleur Air/Eau, les fournisseurs proposent des graphiques des performances en fonction de la température de la source froide. Il suffit, une fois la température de la source froide évaluée (par exemple une nappe phréatique à 10 °C), de choisir l’installation qui, pour cette température, peut fournir la puissance calorifique demandée par l’utilisateur.

Le débit d’eau nécessaire est fonction de la puissance pompée dans l’évaporateur. Un débit suffisant assurera la constance de la température de la source froide et des performances de la PAC. Une approximation du débit minimal nécessaire peut-être de 150 l/h par kW absorbé pour un refroidissement de 4 à 5 °C dans l’évaporateur. Le débit précis sera déterminé par les formules suivantes :

Q_f = V x c_v x (t_ESF – t_SSF)

La puissance frigorifique à l’évaporateur Q_f est la puissance de chauffage de la pompe à chaleur Q_PAC moins l’énergie électrique motrice P_PAC.

Q_f = Q_PAC – P_PAC

où,

Q_PAC = Puissance de chauffage [kW]
Q_f = Puissance frigorifique [kW]
V = Débit volumique [m³/h]
t_ESF= Température d’entrée de la source froide [K]
t_SSF= Température de sortie de la source froide [K]
c_v= Capacité calorifique ou chaleur spécifique [kWh/m³.K]
P_PAC= Puissance électrique absorbée [kW]

Exemple
Pour un débit d’eau de 2,5 m³/h et un refroidissement de 4 K, une puissance de 11,6 kW est absorbée à l’évaporateur (c’est-à-dire la puissance frigorifique).

Q_f = 2,5 [m³/h] x 1,163 [kWh/m³.K] x 4 [K]

Pour les pompes à chaleur alimentées par des eaux de surface, on limite le refroidissement dans l’évaporateur à 2 °C. Il faudra donc s’assurer un débit double pour pomper la même quantité de chaleur. On peut donc prendre comme évaluation le chiffre de 300 l/h par kW.

Lorsque la vitesse d’écoulement est insuffisante pour assurer le débit demandé, il faudra augmenter la taille de l’échangeur de chaleur en compensation.

V = v x A

Où :

V = Débit volumique [m³/h]
v = vitesse d’écoulement [m/s]
A = surface d’échange [m²]

Le calcul du débit d’air dans un évaporateur de PAC Air/Air ou Air/Eau se fait exactement de la même façon.

Posted By : 2 Déc, 2008

Choisir le mode de fonctionnement d’une pac

Choix du mode de fonctionnement

Avant de se lancer dans le choix d’une pompe à chaleur, il faut déterminer son mode de fonctionnement : la PAC sera-t-elle utilisée seule (fonctionnement monovalent) ou conjointement avec une chaudière (fonctionnement bivalent) ou avec un appoint électrique ?

Monovalent

Dans ce cas, la PAC fonctionne seule et couvre tous les besoins en chauffage. Cette solution n’est évidemment envisageable que si la source de chaleur est suffisante pour la demande en chauffage du bâtiment. En pratique on choisira cette solution uniquement pour de nouvelles constructions bien isolées munies d’un système de chauffage basse température.

En fonctionnement monovalent, la PAC est dimensionnée pour couvrir la totalité des besoins de chaleur. Elle est donc trop puissante pendant une bonne partie de la saison de chauffe, tandis qu’elle n’est correctement dimensionnée que pour une température extérieure donnée.

Malgré cela, au vu des frais d’investissement plus élevés en installation bivalente (2 systèmes de chauffage pour le même bâtiment), on préférera en général les PAC monovalentes lorsque c’est possible, ou bien la solution « avec résistance d’appoint » (voir ci-dessous). En effet, la nécessité d’investir dans une chaudière traditionnelle en plus de la PAC n’est pas compensée par la diminution du coût de la PAC, diminution proportionnelle à la puissance moindre installée.

Avec résistance d’appoint électrique

Une installation avec appoint électrique constitue un compromis entre les fonctionnements monovalent et bivalent. Elle nécessite un faible investissement, mais contribue à la surcharge du réseau. Elle est aussi moins rationnelle au niveau écologique à cause de l’importante consommation de l’appoint électrique qui provoque un abaissement du COP annuel. Un enclenchement manuel est d’ailleurs conseillé pour éviter une durée de fonctionnement trop importante. Les appoints électriques permettent de préserver le confort lors des dégivrages ou des périodes de gel, lorsque la PAC (qui a été dimensionnée au plus juste pour limiter l’investissement) éprouve des difficultés.

Diagramme puissance/température :
La performance d’une pompe à chaleur est représentée, dans les catalogues des fabricants, par un diagramme température/puissance. Combien de puissance aura-t-on besoin pour l’appoint électrique ?

La figure montre les courbes de performance d’une pompe à chaleur air/eau pour 3 températures de condensation différentes.

La droite grise, qui représente les besoins calorifiques, est déterminée à partir de la température de dimensionnement (-10 °C) et de la température de limite de chauffage (15 °C).
Pour la température de limite de chauffage, les besoins calorifiques sont nuls. Mais à combien s’élèvent-t-ils pour la température de dimensionnement ? Cela dépend du type de bâtiment, de son isolation, de son orientation, etc. Ici ils sont de 7,8 kW.

Le point d’équilibre est déterminé par l’intersection entre la droite représentant les besoins calorifiques et la courbe de fonctionnement de la pompe à chaleur (donnée dans les catalogues des fabricants). En règle générale, le point d’équilibre se situe entre 0 °C et -5 °C.

La puissance de la pompe à chaleur est déterminée pour couvrir 100 % des besoins au point d’équilibre. Dans l’exemple, la puissance à prévoir est de 6,2 kW.

La puissance de l’appoint est déterminée par la différence entre les besoins calorifiques à la température de dimensionnement (-10 °C) et la puissance fournie par la PAC à cette température. Dans l’exemple, la puissance de l’appoint est de 7,8 – 5,6 = 2,2 kW.

Dans le secteur tertiaire, les apports internes compensent les pertes de puissance dues aux dégivrages, d’autant plus facilement que les dimensionnements de PAC réversibles sont souvent basés sur des puissances en froid, ce qui surdimensionne la puissance de chauffe. Les résistances d’appoint ne s’y justifient donc pas.

Bivalent

Lorsque la puissance à fournir est trop importante par rapport à une source froide limitée ou lorsque la température d’entrée dans le réseau de distribution doit être supérieure à 50 °C, les systèmes bivalents sont inévitables pour assurer le confort de l’occupant. C’est souvent le choix qui est fait en rénovation, lorsque les réseaux d’émissions ne sont pas modernisés et ne peuvent fonctionner qu’à haute température.

Le fonctionnement bivalent alternatif a l’avantage de la simplicité de compréhension et de régulation. La PAC est mise en marche lorsque la chaudière est à l’arrêt et inversement.

Le fonctionnement parallèle par contre profite mieux de la pompe à chaleur puisqu’elle fonctionne toute la saison de chauffe. Ce deuxième mode permet donc une plus grande économie en frais de fonctionnement (même si, en période de grand froid, le COP de la PAC chute beaucoup) et un meilleur bilan écologique (avec un point de bivalence à 50 % de la puissance de chauffage, la PAC utilisée en bivalent-parallèle assure tout de même 80 % du besoin de chaleur).

Avec ou sans accumulateur tampon ? De chaleur

Toute installation compte au moins un accumulateur tampon qui permet d’augmenter la quantité d’eau présente dans le circuit, ceci afin d’éviter l’enclenchement trop fréquent des producteurs de chaleur (courts cycles).

On reproche parfois à l’accumulateur tampon pour les petites installations d’être trop coûteux, trop volumineux, d’entraîner des pertes de chaleur. Mais rares sont les cas où son installation n’est pas justifiée. On ne peut y renoncer que si les conditions suivantes sont remplies :

puissance à peu près constante de la source de chaleur (max 5 K de variation de température);
volume d’eau de chauffage supérieur à 15 litres/kW;
grande capacité d’accumulation du système de distribution de chaleur (par exemple inertie de chauffage par le sol);
pas ou peu de vannes thermostatiques;
installation bien équilibrée.

Un accumulateur de chaleur est lui plus volumineux qu’un accumulateur tampon. Il sert couvrir les heures d’interruption de fourniture électrique. Il peut aussi compenser des variations temporaires de la source froide et permettre une plus grande utilisation du courant bas tarif. De plus, un accumulateur de chaleur permet de combiner plus facilement différents producteurs de chaleur, comme par exemple des capteurs solaires.

Choix de la régulation

Adaptation de la puissance

Pour de petites pompes à chaleur, la régulation de puissance a lieu par mise en ou hors service. Pour les plus grandes puissances, obtenues par combinaison de plusieurs unités de petites pompes à chaleur, la régulation a lieu par enclenchement-déclenchement de chaque unité. Si la puissance est obtenue par un compresseur à plusieurs cylindres, l’adaptation à la puissance demandée est effectuée par branchement et débranchement des différents cylindres. La combinaison de plusieurs modules est également une bonne solution, par exemple pour un quartier de villas, si on ne sait pas au départ combien de maisons seront raccordées au système de chauffage par pompe à chaleur.

De nouveaux concepts de régulation font usage de la possibilité de faire varier la vitesse de rotation du compresseur. De cette façon, il est possible d’adapter en tout temps la puissance au besoin momentané. De tels systèmes sont actuellement disponibles, également dans le domaine des fortes puissances. On ne saurait trop les recommander pour conserver une performance correcte tout au long de la saison.

Pour les installations travaillant par enclenchement-déclenchement, il faut éviter des démarrages trop fréquents, afin que le réseau électrique public ne soit pas surchargé et que la PAC ne subisse pas de dommages. Rappelons que ceci est réalisé au moyen d’un accumulateur technique (accumulateur tampon), auquel on ne peut renoncer que dans des cas exceptionnels.

Paramètres de régulation

Les régulateurs commandent la pompe à chaleur en fonction de la courbe de chauffe, après avoir obtenu les données du thermostat d’ambiance et la température de retour. Le thermostat est éventuellement doté de consignes « température de confort » et « température de nuit » réglables. Différentes commandes de fonctionnement sont possibles et s’organisent avec un ordre de priorité précis. Le dégivrage a toujours la priorité et s’effectue automatiquement si les sondes extérieures en indiquent le besoin. Viennent ensuite les alimentations de chauffage et d’ECS. La préparation de l’ECS peut être par exemple considérée comme un mode « été » alors qu’en hiver l’essentiel de la puissance de la pompe servirait au chauffage du bâtiment. Les équipements tels les piscines sont toujours derniers en priorité, à moins bien sûr que la pompe à chaleur ne leur soit spécifiquement destinée (piscines publiques,.)

La régulation de la température de sortie du condenseur est essentiellement liée au mode de chargement de l’accumulateur (étagé ou par stratification).

Adaptation des paramètres en fonctionnement

De nombreuses recherches menées en Suisse durant les premières années de fonctionnement ont montré que beaucoup d’installations ne travaillent pas du tout comme le concepteur du projet le souhaite, cette remarque est également valable pour des installations conventionnelles. Un contrôle des résultats pendant les premières années d’utilisation est donc conseillé pour s’assurer d’un bon fonctionnement de l’installation.

Stabilité du réglage

Les systèmes que l’on trouve pour la technique du bâtiment sont en général assez lents, ce qui permet une régulation stable et fiable. Certains circuits comprennent toutefois des parties où la vitesse de régulation est critique. C’est le cas de la température de départ du condenseur. Pour assurer une régulation rapide, diverses recommandations sont utiles : placer la vanne de régulation le plus près possible de la PAC pour réduire le temps mort, choisir une vanne de régulation à fermeture rapide, optimiser les paramètres de régulation de la vanne, utiliser des thermomètres de régulation à faible inertie.

Choix du chargement

Il existe deux méthodes de chargement de l’accumulateur de chaleur associé à la pompe à chaleur : le chargement étagé et à stratification.

Le chargement étagé est meilleur marché (pas de régulation de la charge) et entraîne un coefficient de performance annuel plutôt meilleur que le chargement par stratification puisque la PAC peut fonctionner avec une température de sortie du condenseur plus basse. Toutefois, ce système a différents désavantages :

Illustration du principe de chargement par étage.

Consommation électrique supplémentaire de la pompe du condenseur pour augmenter le débit et diminuer la température de départ.
Variations de la température de départ du chauffage difficiles à évaluer.
Température finale de l’accumulateur imprécise.
N’utilise pas pleinement les capacités de l’accumulateur.
Manque de capacité au premier passage.

Cette dernière difficulté pourrait être évitée si la différence de température dans le condenseur est suffisamment importante. De cette façon pourtant, la charge étagée est un non-sens, car dans le meilleur des cas, il ne se produirait qu’environ deux passages étagés à la limite du chauffage. Une charge étagée ne peut être recommandée que dans les situations suivantes :

Petite installation (surtout à cause de l’avantage du prix).
Un seul groupe de chauffage.
Pour accumulateur technique seulement.

À l’opposé, le chargement par stratification, malgré son COP plus faible et son coût plus élevé, permet :

Une maîtrise exacte de la température de l’accumulateur.
Une température constante de départ garantie.
Une puissance de la pompe du condenseur plus faible.
Une utilisation maximale de la capacité de l’accumulateur.

Illustration du chargement par accumulation.

Type de chargement de l’accumulateur

Le chargement étagé de l’accumulateur et, dans certains cas, le chargement par stratification en fonction des conditions météorologiques produisent un meilleur coefficient de performance annuel qu’un chargement par stratification avec consigne constante, car on peut sortir du condenseur avec des températures plus basses. Ce système ne fonctionne toutefois que si l’installation est réglée sur une petite différence de température dans le condenseur. En règle générale cela implique de doubler le débit, ce qui multiplie par 4 la perte de pression sur le condenseur. Ceci doit absolument être pris en considération.

L’influence sur le COP annuel est complexe, car il faut tenir compte non seulement de la température de sortie du condenseur, mais aussi de la consommation d’énergie auxiliaire et de la petite différence de température dans le condenseur lors du chargement étagé. La différence de COP entre une température de sortie du condenseur adaptée ou constante se situe à moins de 10 %.

Encore une fois, reprenons les installations décrites plus haut et supposons qu’au lieu de fonctionner 2 500 h à 47 °C, d’où ε = 3,4, on procède ainsi :

500 h à 45°C, d’où ε = 3,5

1 000 h à 42°C, d’où ε = 3,75

1 000 h à 39°C d’où ε = 4

Le coefficient de performance instantané moyen pondéré SPF s’améliore en passant de 3,4 à 3,8. Le coefficient de performance annuel (COPA) devrait suivre cette tendance et passer de 3 à 3,4. Mais en doublant le débit, la perte de pression dans le condenseur est quatre fois plus forte. Il en résulte pour la petite installation :

P_{pompe condenseur}= (100 kPa x 1,8 m³/h) – (25 kPa x 0,9 m³/h) / (3 600 x 0,10) = 0,438 kW
W = 2500 h x 0,438 kW = 1 095 kWh

COPA_petit= 25 000 kWh / (25 000 / 3,4) + 1 095 kWh = 2,96

et pour la grande installation :

P_{pompe condenseur}= (100 kPa x 12 m³/h) – (25 kPa x 9 m³/h) / (3 600 x 0,25) = 1 750 kW
W = 2 500 h x 1 750 kW = 4 375 kW

COPA_grand= 250 000 kWh / (250 000 / 3,4) + 4 375 kWh = 3,21

Choix de la technique de dégivrage

Modes de dégivrage

On utilise deux modes de dégivrage :

Le système « by-pass » de dégivrage par gaz chaud, par lequel une partie des gaz échauffés à la sortie du compresseur est dirigée vers l’évaporateur. Ce système exige une différence de pression minimale assurée par le compresseur.
L’ inversion de la direction du circuit par une vanne à quatre voies. L’évaporateur devient alors condenseur et le givre est rapidement éliminé au prix d’un plus grand besoin de chaleur momentané.

Illustration du principe de dégivrage par inversion.

Lors du montage de l’évaporateur, il est indispensable de s’assurer que le fonctionnement du dégivrage n’est pas perturbé par un apport d’air froid dû à la circulation naturelle de l’air.

Le dégivrage des pompes Air/Air et Air/Eau

Les pertes provoquées par le dégivrage de l’évaporateur sont difficiles à évaluer avec précision, car elles sont variables en fonction de la programmation des paramètres de dégivrage. L’énergie dépensée pour la fonte du givre (EFG) est généralement fournie par la pompe à chaleur qui, pour l’occasion, fonctionne en sens inverse. Elle vaut environ l’énergie utile de fonte du givre EFGu (énergie pour élever la température du givre à 0 °C + chaleur latente de fusion du givre + énergie pour élever la température de l’eau de 0 °C à 10 °C pour éviter un regel immédiat) divisée par un rendement de 50 %. Cette énergie sera prélevée dans le bâtiment et devra en suite lui être restituée lorsque la pompe se remettra en mode chauffage. Pour des machines bien réglées avec des détections du givre optimales, la perte de COP peut valoir jusqu’à 10 % par temps froid.

Il n’est pas rare de voir des pompes à chaleur dont le système de détection du givre est mal réglé et la durée de dégivrage trop longue. Il s’en suit des consommations d’énergie excessives qui peuvent conduire à des COP inférieurs à 1.

Le graphique ci-contre, issu d’une fiche technique de constructeur, illustre l’influence du dégivrage sur la puissance calorifique et le COP d’une pompe à chaleur Air/Eau. On voit clairement la perte de COP survenant entre 3 et 10 °C. L’air extérieur est chargé d’eau et le fluide frigorigène est à une température inférieure à zéro degré. La glace qui se forme « colle » à l’évaporateur.

Par contre, lorsqu’il fait très froid, l’air extérieur est plus sec et le givre apparaît alors davantage sous forme de cristaux qui n’adhèrent plus sur la paroi de l’évaporateur.

Choix de la technique de dégivrage

Sur le plan énergétique, le dégivrage par inversion du cycle est plus avantageux que le chauffage par injection de gaz chauds. Mais quelle que soit la méthode choisie, c’est surtout la durée du dégivrage qui sera le facteur important pour l’évolution du COP. Le critère d’enclenchement et de déclenchement doit être choisi avec soin.

Le choix du paramètre qui décrit la couche de givre dans l’évaporateur peut être multiple. En utilisation industrielle, il faut choisir un paramètre robuste et assez sensible. Plusieurs choix pour le lancement du dégivrage peuvent être faits :

Perte de charge dans l’évaporateur : la mesure de cette grandeur peut provoquer des dérives lorsqu’il y a risque de « bouchonnement » par des impuretés (feuilles, animaux,.) ou par des variations de pression causées par les vents externes.
Température de surface des ailettes : la différence entre la température de surface des ailettes et la température de l’air indique bien si une couche de givre (= isolation thermique) s’est formée. Comme le développement de givre n’est pas uniforme sur la surface de l’évaporateur, il faut bien vérifier l’emplacement du capteur de température.
Pincement dans l’évaporateur : la couche de givre provoque un blocage du transfert de chaleur qui se traduit par une diminution de l’efficacité de l’échangeur. Par conséquent, il y a une augmentation de l’écart de température minimal entre la température d’évaporation du frigorigène et la température de l’air en sortie d’évaporateur, écart appelé « pincement ». Pour détecter ce pincement, il faudra en général une prise de température de l’air sortant ainsi que le calcul de la température de saturation correspondante à la pression de vaporisation.

De même pour le paramètre d’arrêt, définissant la durée de dégivrage, plusieurs mesures peuvent être considérées :

La température du réfrigérant à la sortie de l’évaporateur : pendant le dégivrage de la batterie par inversion de cycle, un film d’eau ruisselle sur l’échangeur en refroidissant le fluide frigorigène. Une fois le dégivrage achevé, une grande partie de l’évaporateur est libérée et le transfert de chaleur diminue, ce qui provoque une réaugmentation de la température de sortie du fluide frigorigène.
Température de la surface des ailettes : cette mesure indique directement si l’échangeur est libéré de la couche de givre. Il est cependant difficile de bien placer la sonde pour avoir une bonne représentativité globale de l’échangeur.
Optimisation globale par microprocesseur : en combinaison avec les critères étalonnés en usine, le calcul du bilan énergétique par cycle de chauffage permet d’optimiser les grandeurs limites imposées sur site et en cours de fonctionnement.

Ces critères, ainsi que le critère plus « archaïque » qu’est l’horloge, devront être étalonnés soigneusement et vérifiés.

Une fois le cycle de dégivrage achevé, l’enclenchement du ventilateur à plein régime sans mettre en route le compresseur permet de sécher l’évaporateur. À défaut, les gouttelettes restantes seront rapidement gelées.

Choix de l’emplacement de la pompe à chaleur

De façon générale, l’unité principale d’une pompe à chaleur se trouve à l’intérieur du bâtiment à chauffer.

Une PAC à l’intérieur du bâtiment

D’un point de vue acoustique, si l’unité principale d’une pompe à chaleur se trouve à l’intérieur du bâtiment, elle doit être placée dans un local suffisamment éloigné des pièces calmes. On la pose sur des plots antivibratiles (dans le cas où la PAC est bruyante), eux-mêmes placés sur une plateforme stable en béton ou en fer. Les parois du local peuvent également être construites dans des matériaux spéciaux qui atténuent la réverbération des sons.

L’installation d’une PAC doit évidemment répondre aux spécifications du constructeur.

L’air …
Si la PAC véhicule de l’air dans des conduites, l’air doit avoir une vitesse de maximum 4 m/s (circuits principaux). Dans les conduits secondaires, l’air doit avoir une vitesse de maximum 3 m/s. Ces conduits doivent être construits dans des matériaux absorbants et les grilles de prise et de rejet d’air doivent être équipées de grillage antivolatiles.

L’eau …
Si la PAC est à eau, les conduites seront fixées aux parois avec des supports de façon à éviter la transmission des vibrations au bâtiment. Il faudra utiliser des flexibles pour toutes les liaisons à la PAC.

Une PAC à l’extérieur du bâtiment

Il n’existe pas de distance minimale entre une unité extérieure de PAC et le voisinage. Attention par contre à la gêne que peut occasionner une PAC bruyante et aux litiges qui peuvent en découler. Le meilleur choix d’une PAC extérieure est celui d’une très peu bruyante. Si c’est nécessaire, penser aux écrans acoustiques tels que des parois ou bien des arbres à feuilles permanentes.

Posted By : 2 Déc, 2008

Choisir la source de chaleur [PAC]

Évaporateur à air d’une PAC domestique.

Introduction sur les sources froides

Les pompes à chaleur sont désignées en fonction du fluide dans lequel baignent les échangeurs de la PAC : d’abord côté évaporateur, ensuite côté condenseur. Pour comprendre ce qu’est une pompe chaleur ainsi que son principe de fonctionnement, cliquez ici !

Le tableau donne les types de PAC qui existent en fonction des combinaisons fluides côté source froide/côté source chaude.

Désignation	Évaporateur	Condenseur
PAC air extérieur / air	air extérieur	air
PAC air extérieur / eau	air extérieur	eau
PAC air extrait / air	air extrait	air
PAC air extrait / eau	air extrait	eau
PAC eau / air	eau souterraine ou de surface	air
PAC eau / eau	eau souterraine ou de surface	eau
PAC eau glycolée / eau	tuyaux d’eau glycolée dans le sol	eau
PAC sol / eau ou « fluide /eau »	évaporation directe dans sol	eau
PAC sol / sol ou « fluide /fluide »	évaporation directe dans sol	condensation directe dans sol

Dans le cas du chauffage de locaux, la source froide sera la source – qui n’est pas toujours inépuisable ! – où l’on captera la chaleur. Elle provient souvent du milieu extérieur du bâtiment à chauffer et est donc soumise à des variations de température en fonction des conditions climatiques.

Les sources de chaleur utilisables sont les suivantes :

l’air extérieur qui est simplement l’air atmosphérique ;
l’air extrait qui résulte des rejets thermiques gazeux ou de l’air venant de l’intérieur d’un bâtiment ;
l’eau, qui est soit de l’eau de surface, comme un étang ou un cours d’eau, soit de l’eau de nappe phréatique en sous-sol ;
le sol (très profond, profond, ou de surface) qui amène deux technologies distinctes, d’où deux appellations différentes pour la même source froide :
- eau glycolée : mélange eau-glycol qui circule dans le circuit fermé entre le sol et l’évaporateur. C’est soit, de la géothermie de surface, soit verticale de profondeur.
- fluide ou sol : on a affaire à une pompe à chaleur à détente directe (soit seulement du côté évaporateur, ou bien des deux côtés – évaporateur et condenseur), ce qui signifie qu’il n’y a pas de fluide intermédiaire entre le sol et le fluide frigorigène comme dans le cas à eau glycolée. Le fluide frigorigène circule directement dans des conduites placées dans le sol (qui joue donc le rôle d’évaporateur). On peut également appeler plus simplement cette source de chaleur sol.

Lors de la mise en marche d’un projet de pompe à chaleur, la tâche la plus ardue consiste à aligner les propriétés des pompes à chaleur avec des données telles que le débit et la température de la source de chaleur. Il faut que la quantité de chaleur disponible puisse supporter un prélèvement continu. Un mauvais dimensionnement par rapport au potentiel thermique de la source de chaleur peut avoir des retombées sur la puissance de l’exploitation et son rendement thermique.

Pour pouvoir comparer les COP des pompes à chaleur…

Le COP d’une pompe à chaleur, c’est le rapport entre la chaleur fournie par le condenseur et l’électricité consommée pour la produire (auxiliaires compris). Plus le COP est élevé, plus la pompe à chaleur est performante. Il est influencé par les températures des sources, leur différence et leur stabilité.

Afin de pouvoir comparer les coefficients de performance de différentes pompes à chaleur d’un même type, il faut bien évidemment que leurs températures à l’évaporateur soient identiques, et de même au condenseur. Dans les fiches techniques, on trouvera donc souvent une des dénominations abrégées suivantes selon le type de pompe à chaleur :

PAC air/eau : A2/W35 (« W » = water !). La source froide est de l’air à 2 °C (T°C à l’entrée de l’évaporateur) et la source chaude est une eau à 35°C (T°C à la sortie du condenseur).
PAC eau/eau : W10/W35. La source froide est de l’eau à 10 °C et la source chaude est de l’eau à 35 °C.
PAC eau glycolée/eau : B0/W35 ou S0/W35 (« B » = eau glycolée – brine en anglais – et « S » = « sol » pour les références de produits en français). La source froide est le sol dans lequel circule de l’eau glycolée à 0 °C et la source chaude est de l’eau à 35 °C.
PAC sol/eau : S0/W35.

Classement des sources en fonction de leur efficacité

D’une manière générale, il faut utiliser en priorité les sources froides dont la température est la plus constante et élevée. Le coefficient de performance théorique des sources d’une pompe à chaleur dépend en effet de la différence entre la température de la source froide et la température de la source chaude :

ε _ths = T₂ / (T₂ – T₁)

où,

T₁ est la température absolue (température en °C + 273,15°C) de la source froide et T₂ la température absolue de la source « chaude ».

Pour obtenir un coefficient de performance acceptable, il faut donc que la différence T₂-T₁ soit faible. Autrement dit, la température de la source froide doit être la plus élevée possible (et, si possible, le niveau de température de la source chaude doit être bas).

Le classement des sources froides en fonction de ces deux critères (température élevée et constante), de la source la plus efficace à la moins efficace, se dresse comme suit :

les rejets thermiques (air vicié et eaux usées),
l’eau des nappes phréatiques,
l’eau de surface,
le sous-sol,
le sous-sol proche de la surface,
l’air extérieur.

Les rejets thermiques

Dans la plupart des cas, les rejets thermiques d’un bâtiment et son besoin de chaleur ne concordent pas. Une analyse exacte s’avère donc indispensable. Il s’agit de savoir si le problème peut être résolu par adjonction d’un accumulateur de chaleur (côté froid et/ou côté chaud). Une exploitation rationnelle de l’accumulateur permet une utilisation optimale lorsque les besoins thermiques sont moyens; elle permet également de limiter les pointes de puissance (avantage financier).

Il est aussi impératif de connaître la réglementation locale en terme de rejet.
Les eaux usées

pour des raisons de pollution, elles ne sont souvent qu’indirectement utilisables (attention au choix du matériel, prévoir un système automatique de nettoyage),
les quantités offertes sont souvent trop insignifiantes pour permettre une utilisation rentable,
l’utilisation du réseau public des eaux usées est soumise à autorisation.

L’air vicié est une source de chaleur très souvent employée dans les installations d’utilisation de rejets thermiques, et ceci, sans pompe à chaleur. Pour une utilisation indirecte avec pompe à chaleur, l’air pollué se révèle intéressant, surtout pour le chauffage de l’eau. Il peut cependant être corrosif (agriculture, industrie).

L’eau souterraine des nappes phréatiques

Source : ef4.

L’eau des nappes phréatiques représente une source de chaleur intéressante, utilisée dans les pompes à chaleur « eau/eau ». L’eau de la nappe est remontée à la surface à l’aide de pompes de circulation et échange son énergie avec le fluide frigorigène à l’intérieur de l’évaporateur.

Quelle nappe ?

Certaines cartes des nappes phréatiques en Wallonie sont disponibles sur le site de la Région Wallonne.

L’appellation « nappe phréatique » désigne toutes les eaux se trouvant dans le sous-sol. On entend donc par ce terme la partie saturée du sol, c’est-à-dire celle où les interstices entre les grains solides sont entièrement remplis d’eau, ce qui permet à celle-ci de s’écouler.

L’hydrogéologie distingue 2 types de nappes : les nappes aquifères à porosité d’interstices et les nappes aquifères fracturées.

Dans les nappes aquifères à porosité d’interstices, qui sont les nappes les plus fréquentes et les plus exploitées, l’eau circule dans les porosités de la roche constituée par des graviers, sables ou alluvions. Dans les nappes aquifères fracturées, la roche est imperméable et l’eau circule dans les fractures ou fissures de roches telles que le granit, le calcaire, la craie.

Le risque de réaliser des forages infructueux est plus élevé dans les nappes aquifères fissurées ou fracturées, et il dépend essentiellement de la connaissance locale de la fracturation. Dans les nappes aquifères à porosité d’interstices, le débit de la nappe est proportionnel à la perméabilité de la roche (taille des grains), à la pente et à la section de la nappe aquifère à cet endroit.

Un système de captage dans une nappe aquifère comprend deux parties :

La partie supérieure, la chambre de pompage, est un tubage en acier qui traverse les couches de sol où il n’y a pas de captage. Une cimentation permet d’éviter le mélange entre une éventuelle nappe supérieure polluée et la nappe de pompage. Elle évite également l’éboulement du trou. S’y trouvent les pompes à vitesse variable chargées d’évacuer et de ramener de l’eau à partir de ou vers la nappe concernée.
La partie inférieure, la chambre de captage, contient un massif de gravier filtrant (pour éviter l’encrassement par les matières fines), une crépine (tube en acier inoxydable inséré dans le fond du forage, comportant des ouvertures calibrées selon la granulométrie du sable), un tube de décantation et un capot qui ferme le puits.

Niveau de l’eau dans le puits.
Tubage acier.
Pompes à vitesse variable.
Crépine.
Massif filtrant.
Tube de décantation et capot.

Quelle température ?

La température de l’eau phréatique (sans infiltration des eaux de surface) varie autour de la valeur de la température moyenne de l’air extérieur, si la PAC a une puissance de moins de 30 kW et si on considère les eaux souterraines en dessous de 10 mètres de profondeur. La température moyenne annuelle de l’air extérieur étant égale à 8,5 °C, la température phréatique vaudra une valeur entre 8,5 et 10 °C. Mais contrairement à l’air extérieur, l’eau souterraine a cette température approximative toute l’année.

Plus la profondeur est importante, moins la température de l’air exerce une influence sur la température de la nappe phréatique. L’écart saisonnier entre les valeurs maximales et minimales diminue avec la profondeur. La différence de température entre la température de départ et de retour est comprise entre 3 et 4 K pour les petits systèmes, ou plus pour les systèmes plus grands.

D’où provient l’énergie contenue dans le sol ?

Cette chaleur souterraine est due en majeure partie au rayonnement solaire. L’énergie géothermique provenant des profondeurs au sous-sol est à ce niveau de profondeur insignifiante. Les infiltrations des eaux de surface peuvent avoir une influence déterminante sur la température de la nappe phréatique, de même que des puits industriels.

Qualité physico-chimique de l’eau

Dans la plupart des cas, l’eau de nappe n’est pas agressive. Il est cependant vivement conseillé de pratiquer une analyse pour protéger le système de chauffage. Si le fabricant de la PAC (avec l’eau comme source froide) n’a pas indiqué de données pour la qualité de l’eau extraite, les valeurs suivantes doivent être respectées :

Composant et unité de mesure	Valeur
Matériau organique (possibilité de sédimentation)	aucune
pH	6,5 à 9
Conductivité thermique (µS/cm)	50 à 1 000
Chlorure (mg/l)	< 300
Fer et manganèse (mg/l)	< 1
Sulfate (mg/l)	0 à 150
Teneur en O₂ (mg/l)	< 2
Chlore (mg/l)	0 à 5
Nitrate (mg/l)	0 à 100

Source : Norme prEN 15450:2007.

Une pollution mécanique (sable) ne peut se produire que si l’installation de filtration de l’eau n’est pas effectuée dans les règles de l’art. Il faut aussi se méfier du colmatage provoqué par une eau trop calcaire ou riche en boues fines. Le puits doit être garanti par l’entreprise spécialisée. En pratique les valeurs indicatives pour le diamètre de la foreuse sont :

150 mm pour 50 à 150 l/min
300 mm pour 150 à 300 l/min
800 mm pour 600 à 1 200 l/min

Quel débit ?

Si aucune autre donnée n’est disponible, on considérera qu’il est nécessaire d’avoir un débit d’eau de 0,25 m³/h par kilowatt de puissance.

Rejet de l’eau

L’eau prélevée, après absorption de la chaleur, est parfois remise dans un cours d’eau de surface. Si, par contre, le réservoir d’eau souterraine est de faible capacité, ou si l’eau prélevée ne peut être remise en surface à cause de sa composition chimique, cette eau doit être réinjectée au moyen d’un second forage (forage de réinjection) dans la couche de prélèvement. Ce second forage doit être en aval et suffisamment éloigné du premier pour ne pas créer d’interférence thermique.

Il est néanmoins très rare de faire appel à cette deuxième solution (réinjection de l’eau dans la nappe) en Wallonie car le rejet est considéré comme étant beaucoup trop dangereux pour le milieu récepteur. Si un élément polluant infectait les nappes phréatiques, il serait quasiment impossible de l’en faire sortir. La Région wallonne refuse donc presque systématiquement le rejet d’eau en nappe.

Avantages et inconvénients

Les eaux de la nappe phréatique représentent une source de chaleur idéale pour les raisons suivantes :

niveau de température idéal,
température relativement constante,
importance des gisements,
propreté,
peu de place au sol.

Les inconvénients de ce type de captage sont toutefois nombreux :

permis environnemental requis,
connaissances géohydrauliques approfondies requises,
eau de qualité n’est pas disponible partout à une profondeur adéquate,
analyse de l’eau de nappe requise,
coûts d’installation élevés (travaux de terrassement, construction d’un, deux ou plusieurs puits, analyse de l’eau, pompe à eau dans le puits),
énergie nécessaire pour pomper l’eau hors du puits,
système ouvert,
nécessité de garantir une séparation parfaite entre l’eau d’origine souterraine et le fluide réfrigérant, si l’eau est réinjectée dans la nappe phréatique via un puits de recharge,
recharge de la nappe rarement implémentable.

De plus, avant d’installer une pompe à chaleur sur nappe phréatique, l’utilisateur doit obtenir les informations relatives à la puissance du puits de captage et d’absorption.

En résumé

Une étude du sol préalable au forage est conseillée. On doit être certain que la température de l’eau ne sera jamais inférieure à 8 °C.
À proximité d’un cours d’eau ou d’un lac, tenir compte d’une possible infiltration.
Le captage et la restitution de l’eau doivent respecter les principes hydrologiques.
Une analyse de l’eau est vivement recommandée, de façon à vérifier que l’eau n’est pas agressive, polluée ou qu’elle ne transporte pas d’alluvions.
Des autorisations officielles sont nécessaires (elles ne sont accordées que si l’eau n’est pas utilisée ultérieurement comme eau potable).
Le débit d’eau doit être suffisant et compatible avec les besoins du bâtiment à chauffer.

L’eau de surface

Source : ef4.

Si l’on choisit ce type de source froide (qui doit bien évidemment se trouver à proximité du bâtiment à chauffer), il faut s’assurer que le débit d’eau disponible le sera toujours en quantité suffisante à l’avenir (donc attention aux débits variables des rivières et fleuves). Il faut également vérifier la qualité de l’eau et s’assurer que le prélèvement de chaleur n’a pas un impact néfaste sur le milieu.

L’investissement est raisonnable en comparaison aux pompes à chaleur géothermiques. Lors de la mise en œuvre d’une pompe à chaleur à captage de chaleur sur l’eau, il est recommandé de collaborer avec des installateurs qui ont une formation technique particulière, car la mise en œuvre est complexe. Il faudra entre autres calculer le débit d’eau nécessaire.

Une eau de surface mobile (rivière,…) ne gèlera jamais à cause de son mouvement. L’évaporateur doit être protégé des éboulis. S’il s’agit d’eau stagnante, cette solution n’est utilisable que sous certaines réserves, le principal inconvénient étant la diminution du coefficient de convection vu l’absence d’écoulement de l’eau. L’eau peut geler dans ce deuxième cas et ainsi diminuer les performances de la pompe à chaleur.

Deux choix de capteurs se présentent dans le cas de captage de chaleur sur source d’eau :

Capteurs statiques

L’évaporateur est alors complètement immergé dans le réservoir d’eau que représente la rivière, l’étang, … (ou dans un bac dans cette source d’eau). Une très grande quantité d’eau passe par l’échangeur et le Delta T° de refroidissement est proportionnellement très petit.

La température de l’eau de la source est plus constante qu’en surface ; le risque de gel s’en retrouve donc amoindri. Ceci constitue donc un gros avantage pour ce type de capteur. L’inconvénient principal réside dans l’encrassage de l’échangeur noyé par des plastiques, branchages,… De plus, avec un échangeur noyé, les procédures d’autorisation et l’entretien peuvent être coûteux et la réalisation est plutôt difficile.

Capteurs dynamiques

L’eau de la source froide est récoltée dans un puits filtrant puis pompée vers l’évaporateur.

La température varie beaucoup plus que pour le premier cas et peut être assez basse en hiver (2 à 4 °C), ce qui risque d’entraîner le gel de l’évaporateur et sa casse. L’évaporateur doit alors avoir une protection antigel. Par contre, ce système présente l’avantage de prélever de l’eau pratiquement propre grâce au puits filtrant. Il faut néanmoins souvent nettoyer le filtre en question.

Utilisation directe ou indirecte ?

Les importantes variations de température des eaux de surface ne permettent généralement pas une exploitation monovalente avec utilisation directe. On trouve donc davantage de cas d’utilisation indirecte : la source de chaleur transmet son énergie à un échangeur de chaleur lui-même relié à la PAC par un circuit intermédiaire. Ce dernier contient une solution antigel pour permettre à la température d’évaporation de descendre en dessous de 0 °C. Un circuit intermédiaire entraîne toutefois des températures plus basses et donc des coefficients de puissance moins élevés.

Paramètres de dimensionnement

Si l’on opte pour la solution de l’échangeur noyé, il est recommandé de tenir compte d’un écart de 5 à 6 °C entre la température de l’eau de la source et la température d’entrée du fluide caloporteur dans l’évaporateur. Pour dimensionner la surface de l’échangeur de chaleur, il est courant d’admettre un coefficient k de transmission thermique de 200 à 300 W/m²K (vitesse de courant supérieure à 0,5 m/s). Il est vivement conseillé de prévoir une marge de sécurité d’environ 25 % en cas d’encrassement de l’échangeur. D’autre part, l’écart entre les tubes de l’évaporateur doit être au minimum de 4 cm.

S’il s’agit d’eau stagnante, cette solution n’est utilisable que sous certaines réserves, le principal inconvénient étant la diminution du coefficient de convection vu l’absence d’écoulement de l’eau.

La géothermie très profonde

Des forages profonds permettent de récupérer la chaleur géothermique (due à des activités volcaniques) à des températures plus élevées (plus de 150 °C). Selon leur température les eaux puisées à ces profondeurs peuvent être utilisées directement ou élevées par une pompe à chaleur au niveau voulu.

Pour garantir une solution économiquement rentable, le COP annuel ne doit pas se situer en dessous de 4.

L’utilisation géothermique de la chaleur appartient au domaine des technologies lourdes, et ne sera pas davantage développée ici. En effet, à moins d’être dans une région spécifique (la région de St Ghislain près de Mons en est une, grâce à la présence de failles dans la roche qui permettent à l’eau chaude de remonter et d’être accessible à une profondeur raisonnable), de telles températures ne s’atteignent qu’avec des forages dont la profondeur se mesure en kilomètres.

La géothermie profonde

Source : ef4.

Si la surface du terrain avoisinant le bâtiment à chauffer est insuffisante pour placer des capteurs géothermiques horizontaux (voir plus loin), on peut alors penser aux sondes thermiques verticales.

L’avantage de ces sondes est de profiter, dès 10 mètres de profondeur, d’une source de chaleur à peu près constante sur l’année. La température du sol augmente de 1 °C tous les 33 mètres, soit 3 °C par 100 mètres. Cette ressource géothermique est dite de très basse température. Les forages de sondes géothermiques ont un diamètre de 16 à 18 cm et une profondeur de 30 à 150 mètres.

Pompe à chaleur à eau glycolée – géothermie verticale.

Il existe deux technologies pour récupérer la chaleur du sous-sol profond : soit des capteurs d’eau glycolée sont infiltrés dans le sol et l’énergie sera transmise au fluide frigorigène via un échangeur de chaleur, soit les capteurs sont dits « à détente directe ». Dans ce cas, il n’y a pas d’eau glycolée : le fluide frigorigène est en contact direct avec la chaleur du sol.

Comment calculer la profondeur du forage à effectuer ? Tout dépend de la « charge de chaleur » nécessaire dans le bâtiment, qui représente la quantité de chaleur nécessaire pour le chauffer de façon suffisante au cours de la saison de chauffe. La longueur de la sonde sera d’autant plus faible que le bâtiment à chauffer a des besoins calorifiques réduits.

Si le bâtiment est une nouvelle construction « standard » (besoins calorifiques = 45 W/m² environ) et que la surface à chauffer est de 150 m², on aura besoin de +- 7 kW de puissance de chauffage. Si le COP vaut 4, alors il faut extraire 5,25 kW du sol.

Pour obtenir la longueur approximative de la sonde, il suffit de diviser ce résultat par l’extraction thermique, qui vaut entre 50 et 55 W/m linéaire de sonde (c’est cette valeur moyenne que l’on choisit d’habitude pour l’extraction thermique).

La sonde devra ainsi avoir une longueur d’environ 100 mètres.

On doit donc compter approximativement 15 mètres de sonde par kW de chauffage.
Si la profondeur nécessaire du forage est trop grande, on peut la diminuer en plaçant 2 sondes d’une profondeur deux fois moins importante. Il faut veiller à ce qu’il y ait une distance de 5 à 6 mètres entre les différents forages, pour éviter de refroidir excessivement les zones autour des sondes.

En refroidissant, le sol crée une sorte d’entonnoir de froid qui dépend de la puissance spécifique des sondes (W/m). Des soutirages intensifs provoquent une baisse de la température de la sonde et l’entonnoir s’agrandit. Au plus, le soutirage de chaleur (par mètre de longueur de sonde) est faible, au plus grand sera le COP annuel. Durant les arrêts de fonctionnement, la zone de terrain entourant la sonde se régénère à nouveau. Ce phénomène est absolument nécessaire, car le faible flux thermique provenant du sous-sol ne suffit pas à maintenir les conditions de dimensionnement. La détermination correcte de la longueur des sondes est donc d’une grande importance pour éviter une surexploitation qui empêcherait une régénération de la source.

Rafraîchissement

Les sondes géothermiques peuvent non seulement être utiles au chauffage de bâtiments, mais aussi à leur rafraîchissement en saison estivale. Si un système de pompe à chaleur permet la commutation chauffage/rafraîchissement, il est appelé « réversible ». Le rafraîchissement est actif ou passif. Dans le cas du rafraîchissement actif, le compresseur de la pompe à chaleur est utilisé pour abaisser le niveau de température de l’ambiance intérieure et la commutation est réalisée à l’aide d’une vanne à 4 voies. Le compresseur n’est par contre pas utilisé dans le cas d’un rafraîchissement passif ; ici un niveau de température existant (de la nappe phréatique ou du sous-sol) est transmis au système de chauffage et la pompe à chaleur n’est pas activée. De cette façon, la consommation énergétique reste faible (mais il faut néanmoins toujours alimenter les pompes de circulation d’eau).

Avantages/inconvénients

La surface d’installation de ce type de captage d’énergie est réduite et la technologie est utilisable presque partout (il faut néanmoins procéder à une analyse de la composition du sol pour déterminer la faisabilité de l’ensemble). De plus, la chaleur récupérée à la source froide est disponible en quantité quasiment illimitée. Le niveau de température de la source froide est relativement élevé et les variations de température sont faibles. Pendant la saison hivernale, il y a tout de même une diminution du niveau de température. Pour finir, le système est fermé mais on doit bien faire attention à ce qu’il soit étanche au glycol.

Le principal inconvénient de ce type de captation d’énergie est le coût d’investissement élevé ainsi que la mise en œuvre qui est assez lourde.

La géothermie de surface

Source : ef4.

On peut envisager ce mode de captation de chaleur si on possède un terrain exempt de grosses plantations. Les calories contenues dans le sol juste en dessous de la surface sont récupérées via des serpentins horizontaux en polyéthylène qui contiennent soit un mélange d’eau et de glycol, soit le fluide frigorigène (système à détente directe – les tuyaux sont dans ce cas en cuivre et non en polyéthylène). Les pompes à chaleur utilisant cette source froide sont désignées sous les termes « eau glycolée » ou « sol ».

Les serpentins, qui jouent le rôle d’évaporateur du système, sont enfouis à une profondeur de 60 cm minimum pour éviter le gel. L’avantage d’un tel type de chauffage réside dans la relative stabilité de la température d’évaporation (ce qui augmente les performances). La température varie néanmoins plus ou moins fortement, à cause justement de la présence d’une pompe à chaleur…

Origine de la chaleur du sol ?

Il y a une diminution de la température du sol pendant l’automne, et une augmentation pendant le printemps. Cette évolution est directement liée au rayonnement solaire qui chauffe la partie du sol directement sous la surface (jusqu’à une profondeur d’environ 2 mètres). La chaleur géothermique ne représente que quelques pourcents à cet endroit.

Potentiel du sol

Le pouvoir calorifique du sous-sol dépend de la nature du sol et surtout de sa teneur en eau. En effet, l’eau possède une capacité calorifique élevée, i.e. sa température varie très lentement sous une action extérieure. La quantité de pluie infiltrée est donc un facteur essentiel dans l’extraction de chaleur du sol.

Les pouvoirs calorifiques de divers sous-sol sont les suivants :

sol sablonneux sec : 10 à 15 W/m²
sol argileux sec : 20 à 25 W/m²
sol argileux humide : 25 à 30 W/m²
sol marécageux : 30 à 35 W/m²

Pour une température de sol minimale de 2 °C (une plus grande absorption de chaleur pourrait créer des cristaux de glace autour des serpentins et diminuer leur efficacité), l’extraction thermique par mètre courant « q » est environ de :

sol sablonneux sec : 10 W/m
sol argileux humide : 25 W/m
sol argileux saturé : 35 W/m
roche dure : 50 W/m
granit : 55-70 W/m

Pour limiter le refroidissement excessif du sol, un écartement minimal entre les tuyaux doit être respecté (une pose trop serrée pourrait provoquer le gel de l’eau autour des tuyaux et une fermeture hermétique) :

1 m en cas de sol sec
0,7 m en cas de sol humide
0,5 m en cas de sol sablonneux ou caillouteux saturé

Dimensionnement

Les capteurs enterrés, malgré leur configuration simple qui ne nécessite pas d’auxiliaires, requièrent des surfaces de terrain de l’ordre de 1,5 fois la surface des locaux à chauffer. Pour beaucoup de bâtiments du secteur tertiaire, ce type de technologie demande donc de très grandes surfaces extérieures et engendre donc un coût de terrassement élevé.

Exemple d’installation

Les déperditions calorifiques d’une habitation domestique construite sur sol argileux s’élèvent à 12 kW.

On prévoit un chauffage par le sol avec une température d’entrée de 45 °C.

En choisissant une PAC dont la puissance de chauffe est de 13,3 kW pour une puissance électrique absorbée de 3,85 kW (valeur fournisseur), il faudra extraire du sol 13,3 – 3,85 = 9,45 kW. Il faudra donc 9 450 W/ 25 W/m = 378 m soit 4 serpentins de 100 m.

Lors du dimensionnement de l’installation, il convient de tenir compte de la configuration du site (il est donc recommandé d’établir un plan qui comporte les constructions, arbres, piscines, fosses septiques et réseaux souterrains en plus, bien évidemment, de la localisation des capteurs) et de la durée annuelle de fonctionnement.

Pour les gros projets, une compréhension des flux thermiques des sols près de la surface est nécessaire pour un calcul assez précis des échangeurs de chaleur du sol. Avant le revêtement, il faudrait opérer une expertise/analyse du sol afin de déterminer la situation géologique de celui-ci à l’endroit de la construction. On tiendra compte des dates de l’analyse (été/hiver – pluies récentes – …) pour obtenir les paramètres thermiques de sol nécessaires pour le calcul et la simulation exacts de la configuration.

Les COP de ce type de pompe à chaleur sont intéressants (de l’ordre de 4). On pourrait néanmoins s’attendre à plus étant donné les avantages de ce système (pas d’auxiliaire, pas de dégivrage). De plus, il faut faire très attention à ce qu’il n’y ait pas de fuites de fluide frigorigène, car il possède un impact environnemental élevé.

En pratique, les échangeurs horizontaux ne sont intéressants que lorsqu’il faut entreprendre de grands travaux, qui permettent un placement économique des tuyaux dans le sous-sol ou à l’intérieur d’une couche de propreté.

Les serpentins peuvent aussi être intégrés en alternance, entre les fondations. Le placement sous le bâtiment permet d’éviter la sensibilité aux conditions météorologiques d’été (sécheresse) mais comporte le risque de gel des fondations en hiver…

Les applications en secteur tertiaire paraissent donc réduites pour cette technique…

L’air extérieur

Le choix de l’air extérieur comme source froide conduit à un choix entre deux technologies très différentes : le système dynamique et le système statique. Dans le premier cas, la PAC ventile mécaniquement l’air de l’environnement extérieur, qui se retrouve donc en mouvement pour améliorer l’échange de chaleur avec le fluide frigorigène au niveau de l’évaporateur. Dans le second cas, l’air reste « statique » et le transfert de chaleur avec le fluide frigorigène est réalisé grâce à la convection naturelle. De grandes surfaces d’échange (ailettes) seront alors nécessaires pour assurer l’efficacité.

Pompe à chaleur à air dynamique

La pompe à chaleur sur air dynamique peut être installée à l’extérieur ou à l’intérieur du bâtiment à chauffer. Dans le premier cas (système Split), le raccordement au système de chauffage est effectué via deux tubes isolés qui se trouvent dans le sol (un pour l’aller et l’autre pour le retour). Il y a également un câble électrique dans le sol et des fonctions antigel. Dans le second cas, la pompe à chaleur est reliée à l’air extérieur par des conduites d’air.

Ce type de pompe à chaleur permet de chauffer les locaux, mais aussi l’eau sanitaire. Un rafraîchissement actif est également possible.

Exemple de pompe à chaleur à air dynamique : présence d’un ventilateur.

Pompe à chaleur à air statique

Les PAC à air statique ne sont pas fort présentes sur le marché malgré leurs avantages en termes de bruit et de performances. De l’eau glycolée, ou le fluide frigorigène, passe dans les ailettes des capteurs statiques extérieurs. Le reste de la PAC, qui se trouve à l’intérieur du bâtiment, comprime alors le fluide frigorigène pour le faire monter en température.

Exemple de pompe à chaleur à air statique.

Avantages/inconvénients

L’air extérieur comme source de chaleur présente les avantages suivants :

il est disponible quasiment partout en quantité illimitée,
il est facilement exploitable,
l’extraction de chaleur sur l’air extérieur ne nécessite pas l’octroi d’une autorisation, sauf peut-être un permis d’urbanisme,
cette source froide génère des coûts d’installation limités par rapport aux autres types de pompes à chaleur.

Il présente toutefois quelques inconvénients qui remettent en cause son utilisation en système monovalent :

évolution contraire de la température de la source de chaleur et de la température du système de chauffage,
les températures de la source froide sont très variables et peuvent être fort basses, ce qui abaisse le coefficient de performance ; la performance globale annuelle est faible.

Les PAC à air dynamique montrent les deux inconvénients suivants par rapport aux PAC à air statique :

à une température extérieure de 6 à 7 °C, l’eau issue de la condensation de l’air ambiant commence à geler et nécessite un dégivrage ;
problèmes de bruit dus à la grande quantité d’air déplacé. Il est indispensable de se renseigner sur les techniques de protection phonique, dans tous les cas, qu’il s’agisse d’une installation intérieure ou extérieure. L‘ordonnance sur la protection contre le bruit et les prescriptions locales doivent être soigneusement étudiées. Au besoin, un spécialiste en acoustique devra être consulté.

Performances des PAC sur air extérieur

En général, les COP des pompes à chaleur sur air extérieur sont donnés pour une température extérieure de 2 °C. La moyenne des températures extérieures sur la saison de chauffe (de début octobre à fin avril) pour la station d’Uccle est cependant d’environ 6 °C. Le seasonal performance factor (SPF), qui représente la moyenne théorique du coefficient de performance sur la saison de chauffe, sera donc plus élevé que le COP indiqué dans la fiche technique de la pompe à chaleur. Mais lorsque la température extérieure est effectivement très basse, le COP chute et la pompe à chaleur peut très bien ne plus être suffisante pour subvenir aux besoins de chaleur du bâtiment. Dans ce cas on l’utilise conjointement à un système d’appoint ou à une chaudière (voir les modes de fonctionnement).

PAC géothermique : rechargement de la source froide par l’énergie solaire

Les soutirages de chaleur fréquents provoqués par la présence d’une PAC géothermique mènent à une baisse relativement importante de la température du sous-sol. La chaleur n’y est en effet pas renouvelée suffisamment rapidement.

Pour résoudre ce problème, si la surface des capteurs n’est pas trop grande, on peut combiner la PAC avec un système de recharge : des absorbeurs solaires (avec ou sans vitre). Le collecteur solaire se refroidira d’abord dans la PAC pour éviter que l’environnement du serpentin ne se dessèche trop et perde de sa puissance d’échange.

Le rendement du panneau solaire s’améliore, lui, si la température de l’eau qui y circule diminue. Une PAC dont l’évaporateur est lié au circuit des collecteurs solaires permettra de travailler à plus basse température dans les collecteurs, ce qui double leur rendement (et divise donc par 2 la surface nécessaire et l’investissement) et allonge leur durée annuelle de fonctionnement. La PAC disposera, elle, d’une source froide à température plus élevée. Les deux appareils voient donc leur fonctionnement optimisé. Un chauffage d’appoint sera nécessaire en hiver, par température extérieure très basse et ensoleillement limité.

Reste le coût de l’ensemble qui semble difficile à amortir…

Comparaison des sources froides

Chaque source de chaleur possède ses avantages et inconvénients, c’est pourquoi seule une analyse minutieuse du projet peut préciser le type de source froide qu’il vaut mieux choisir.

La capacité thermique de l’eau plaide incontestablement en faveur d’une source liquide :

le gain de chaleur provenant de 1 m³ d’eau refroidie d’environ 5 K se monte à 5,8 kWh.
pour un gain de chaleur identique, il faudrait comparativement refroidir environ 3 500 m³ d’air de 5 K !

Mais le débit d’eau reste important. Imaginons un bâtiment de 5 000 m². On peut tabler sur un besoin de chaleur limité à 45 W/m² (par – 10°C extérieur) s’il est bien isolé. Ceci représente une puissance totale installée de 225 kW. La puissance à capter à l’évaporateur sera de 150 kW (si COP = 3).

Sur base d’un refroidissement de l’eau de 5 K, le débit d’eau nécessaire sera de

150 kW / 5,8 kWh/m³ = 26 m³/h !

Le tableau ci-dessus reprend les caractéristiques à prendre en compte lors de la conception d’une installation de pompe à chaleur :

Source	Caractéristiques de la source	Coût d’installation	COP saisonnier moyen	COP selon la norme EN14511 (suivi de la condition de mesure)	Conditions d’installation	Remarques
Rejets thermiques de procédés industriels ou de systèmes de climatisation	Faibles variations de température. Possible variation de débit.	Bas.	Comparable à celui des PAC air/eau ou eau/eau selon les propriétés de la source froide.		Installation plus ou moins importante selon la configuration de la source.	Système courant pour la production d’eau chaude sanitaire.
Eau de nappe phréatique	Faibles variations de température (+6°C à +10°C).	Élevé.	3 à 4,5.	5 à 6 (W10/W35)	Besoin de suffisamment d’eau souterraine de qualité. Restrictions légales locales.	Des puits existants peuvent réduire les coûts. Coût d’entretien faible. Dimensionnement très rigoureux.
Eau de surface	Faibles variations de température.	Variable selon la proximité de l’eau.	3 à 4,5.	5 à 6 (W10/W35)	Proximité d’eau en quantité adéquate nécessaire. Système de protection contre le gel. L’évaporateur sera conçu en fonction de la qualité de l’eau.	Passage par un circuit d’eau intermédiaire dans le cas de capteurs dynamiques. Encrassage possible.
Tuyaux d’eau glycolée dans le sol	Faibles variations de température (plus fortes si usage de serpentins à faible profondeur). Connaissance des propriétés thermiques du sol requise.	Moyen à élevé.	3 à 4.	4 à 5 (B0/W35)	Besoin de surface si échangeur de chaleur horizontal et d’une solution antigel.	Échangeurs verticaux ou horizontaux. Les conditions de sol et de surface influencent la conception. Coûts d’entretien faibles. Dimensionnement très rigoureux.
Air extérieur	Larges variations de température (0°C à + 15°C).	Bas.	2,5 à 3,5.	3 à 4 (A2/W35)	Système universel, source disponible en grande quantité.	Dégivrage et parfois chauffage auxiliaire nécessaires.
Système à évaporation directe : le fluide frigorigène passe dans le sol (tuyaux verticaux et horizontaux)	Faibles variations de température.		3 à 4.			Pas de circuit intermédiaire du côté évaporateur. Grandes quantités de fluide frigorigène nécessaire.

* Les valeurs des coefficients de performance dépendent des modèles de pompes à chaleur choisies. Les valeurs données ici sont des ordres de grandeur permettant la compréhension de l’influence de la source froide.

Les pompes à chaleur les plus répandues sont les pompes à chaleur air extérieur/eau, ensuite viennent les pompes à chaleur eau glycolée/eau qui tirent leur énergie du sol.

Réglementation et permis

Suivant le type de PAC, sa puissance et la quantité de fluide frigorigène présente dans le circuit, l’installation d’une pompe à chaleur requiert ou non l’octroi de permis d’environnement ou d’urbanisme. Bien souvent, la PAC devra uniquement être « déclarée ».

Les réglementations en vigueur sont susceptibles de changer régulièrement. À titre d’illustration, voici un tableau qui reprend ces réglementations pour l’année 2009 :

Condition (2009)	Classe
Si puissance frigorifique nominale utile comprise entre 12 et 300 kW et charge en FF > 3 kg.	3 – déclaration.
Si puissance frigorifique nominale >= 300 kW.	2 – permis d’environnement.
Pompe à chaleur sur air
Si air statique.	Peut-être permis d’urbanisme – vérifier avec la commune.
Si air dynamique.	Peut-être permis d’urbanisme – vérifier avec la commune.
Pompe à chaleur sur eau souterraine
Opération de forage et opération de sondage ayant pour but l’exploitation future d’une prise d’eau,… (hormis les forages inhérents à des situations d’urgence ou accidentelles).	2 – permis unique.
Installation pour la ou les prise(s) d’eau et/ou le traitement des eaux souterraines non potabilisables et non destinées à la consommation humaine d’une capacité de prise d’eau et/ou de traitement inférieure ou égale à 10 m3/jour et à 3 000 m³/an.	3 – déclaration.
Installation pour la ou les prise(s) d’eau et/ou le traitement des eaux souterraines non potabilisables et non destinées à la consommation humaine d’une capacité de prise d’eau et/ou de traitement supérieure à 10 m³/jour et à 3 000 m³/an et inférieure ou égale à 10 000 000 m³/an.	2 – permis d’environnement ou permis unique.
Installation pour la ou les prise(s) d’eau et/ou le traitement des eaux souterraines non potabilisables et non destinées à la consommation humaine d’une capacité de prise d’eau et/ou de traitement de plus de 10 000 000 m³/an.	1 – permis d’environnement ou permis unique avec étude d’incidences sur l’environnement obligatoire.
Installation pour la recharge ou les essais de recharge artificielle des eaux souterraines.	1 – permis unique avec étude d’incidences sur l’environnement obligatoire.
Déversement d’eaux usées industrielles telles que définies à l’article D.2, 42°, du Livre II du Code de l’Environnement, contenant le Code de l’Eau, dans les eaux de surface, les égouts publics ou les collecteurs d’eaux usées : rejets supérieurs à 100 équivalent-habitant par jour ou comportant des substances dangereuses visées aux annexes Ire et VII du Livre II du Code de l’Environnement, contenant le Code de l’Eau.	2 – permis d’environnement ou permis unique.
PAC sur eaux de surface	Autorisation du gestionnaire de l’eau de surface nécessaire. Peut-être permis d’urbanisme – voir avec la commune.
Déversement d’eaux usées industrielles telles que définies à l’article D.2, 42°, du Livre II du Code de l’Environnement, contenant le Code de l’Eau, dans les eaux de surface, les égouts publics ou les collecteurs d’eaux usées : rejets supérieurs à 100 équivalent-habitant par jour ou comportant des substances dangereuses visées aux annexes Ire et VII du Livre II du Code de l’Environnement, contenant le Code de l’Eau.	2 – permis d’environnement ou permis unique.
PAC à captation verticale dans le sol
Opération de forage et opération de sondage pour le stockage des déchets nucléaire ou pour un usage géothermique.	2 – permis unique.
PAC à captation horizontale dans le sol	Non classé, mais peuvent l’être si quantité FF > 3kg.

Source : Synthèse sur les réglementations et permis relatifs à l’installation
et à l’exploitation de pompes à chaleur en Région wallonne – Document EF4.

Posted By : 14 Oct, 2008

Performance énergétique des bâtiments (PEN 2017)

Nouveau !
Depuis le 1er janvier 2018, les labels EcoDesign sont valorisés pour le chauffage. – voir textes réglementaires.

Depuis le 1er janvier 2017, les exigences PEB ont été renforcées. De plus une nouvelle méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire pour les unités non résidentielles neuves a été mise en vigueur.

Vous pouvez vous informer utilement sur l’évolution de la réglementation PEB à l’adresse suivante :

http://energie.wallonie.be/fr/exigences-peb-du-1er-janvier-2017-au-31-decembre-2020.html?IDC=7224&IDD=114085

Le Parlement wallon a par ailleurs adopté un décret annonçant l’entrée en vigueur au niveau wallon des exigences sur l’électromobilité au 11 mars 2021. A partir de cette date, en cas de rénovation important ou de nouvelle construction, des exigences de pré-raccordement et/ou d’installation de bornes de recharge pour véhicules électriques doivent être respectées.

Pour les professionnels, toutes les informations concernant les nouvelles exigences PEB sont accessibles via la rubrique « La réglementation wallonne – PEB ».

Introduction

Faisant suite aux engagements de l’Europe face au Protocole de Kyoto, le Parlement et le Conseil de l’Union Européenne ont adopté, en 2002, la Directive européenne (2002/91/CE) sur la performance énergétique et le climat intérieur des bâtiments. La directive européenne dans laquelle la réglementation PEB wallonne s’inscrit actuellement est ce qu’on appelle communément la directive PEB recast (refonte) : Directive 2010/31/UE du parlement européen et du conseil du 19 mai 2010 sur la performance énergétique des bâtiments.

Lien vers la directive

Cette directive évalue la Performance Energétique des Bâtiments comme :« La quantité d’énergie calculée ou mesurée nécessaire pour répondre aux besoins énergétiques liés à une utilisation normale du bâtiment, ce qui inclut entre autres l’énergie utilisée pour le chauffage, le système de refroidissement, la ventilation, la production d’eau chaude et l’éclairage. »

Elle impose que :

pour le 31 décembre 2018 tous les nouveaux bâtiments occupés par une autorité publique soient à consommation d’énergie quasi nulle : NZEB (Nearly Zero Energy Building) = Q-ZEN (quasi – Zéro ENergie).
pour le 31 décembre 2020 tous les nouveaux bâtiments soient à consommation d’énergie quasi nulle : NZEB (Nearly Zero Energy Building) = Q-ZEN (Quasi – Zéro ENergie).

Un bâtiment à consommation d’énergie quasi nulle est :

« un bâtiment qui a des performances énergétiques très élevées. La quantité quasi nulle ou très basse d’énergie requise devrait être couverte dans une très large mesure par de l’énergie produite à partir de sources renouvelables, notamment l’énergie produite à partir de sources renouvelables sur place ou à proximité »

L’énergie produite à partir de sources renouvelables désigne ici :

« Une énergie produite à partir de sources non fossiles renouvelables, à savoir l’énergie éolienne, solaire, aérothermique, géothermique, hydrothermique, marine ou hydroélectrique, biomasse, gaz de décharge, gaz des stations d’épuration d’eaux usées et biogaz »

La directive impose à chacun des États-Membres de définir en droit national ou régional :

une méthode de calcul de la Performance Energétique des Bâtiments ;
des exigences minimales relatives à la performance énergétique des bâtiments neufs et des bâtiments existants faisant l’objet de travaux de rénovation importants;
des systèmes de certification de la P.E.B.;
des exigences concernant l’inspection régulière des chaudières et des systèmes de climatisation.

Conformément à la Directive, un certificat attestant la performance énergétique doit ainsi être délivré à chaque moment-clé de la vie des bâtiments résidentiels ou non résidentiels :

lors de leur construction ;
lors de leur vente ;
lors de leur location.

Le certificat a une durée de validité de 10 ans.

Tous les bâtiments de plus de 250 m² occupés par les pouvoirs publics et fréquemment visités par le public doivent être certifiés et le certificat de performance énergétique doit être affiché à un emplacement et d’une manière clairement visible pour le public.

En Belgique, ce sont les autorités régionales qui sont compétentes en matière d’énergie. Ainsi, chacune des régions a dû implémenter la dernière version de la directive. En Région Wallonne, un nouveau décret PEB (recast) fixait, en 2013, le cadre global de l’application de la directive sur la Performance Energétique des bâtiments.

Lien vers le décret du 28 novembre 2013 relatif à la performance énergétique des bâtiments

Un arrêté du Gouvernement wallon (AGW) met en application concrète le décret. Depuis 2014, il a été modifié et complété par trois nouveaux AGW :

AGW Méthode 2016 : Arrêté du Gouvernement wallon du 19 novembre 2015, qui vise uniquement à remplacer l’annexe A1 Méthode PER 2016).
AGW NZEB : Arrêté du Gouvernement wallon du 28 janvier 2016, qui vise principalement à définir les exigences d’un bâtiment quasi zéro énergie (Q-ZEN), à insérer les annexes A3 (Méthode PEN) et C4 (exigences systèmes), ainsi qu’à remplacer l’annexe C1 (exigences U/R des parois.
AGW Méthode 2017 : Arrêté du Gouvernement wallon du 15 décembre 2016, qui vise principalement à remplacer l’annexe A1 (Méthode PER 2017), l’annexe A3 (Méthode PEN 2017) et annexe B1 (DRT 2017).

L’AGW PEB coordonné est disponible via ce lien

La méthode PEN

La méthode PEB pour déterminer le niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles neuves est appelée méthode PEN.

Depuis le 1er janvier 2017, cette méthode est d’application pour toutes les destinations autres que le logement individuel. Les unités industrielles ne sont cependant pas concernées par la méthode PEN.

A partir de 2017, la réglementation prévoit une subdivision supplémentaire des secteurs énergétiques en parties fonctionnelles. Elles sont caractérisées par des fonctions qui ont des paramètres différents :

les horaires d’occupation ;
les températures intérieures de consigne ;
les gains internes dus aux personnes et aux appareils ;
les besoins nets annuels pour l’eau chaude sanitaire ;
la quantité d’humidité à produire ;
le temps de fonctionnement de la ventilation ;
le nombre d’heures d’utilisation par mois (en périodes diurne et nocturne) pour l’éclairage ;
le niveau de confort lumineux.

Les équations utilisées dans la méthode PEN contiennent pour chaque partie fonctionnelle des valeurs dépendant de la fonction.

Exigences

Umax : coefficient de transmission thermique maximal pour chaque paroi de déperdition [W/m²°K]. Plus la paroi est isolée, plus la valeur U est faible. Les valeurs maximales à satisfaire sont renseignées dans l’Annexe C1 de la PEB.
Niveau K : niveau global d’isolation. Ce niveau K définit l’isolation thermique globale d’un bâtiment. Plus il est petit, meilleur est l’isolation. Le niveau K est déterminé par les caractéristiques d’isolation thermique des éléments de construction et la compacité du bâtiment. (Annexe 3).
Niveau E : niveau de consommation en énergie primaire du bâtiment (Annexes 1 et 2).

Ventilation : débits minimaux et dispositifs à prévoir (Annexes C2 et C3).
Surchauffe : Pour le résidentiel un critère sur le risque de surchauffe est aussi à respecter. Une probabilité d’avoir un refroidissement actif doit être calculé sur base d’un indicateur de surchauffe.

Les exigences sont renforcées en 2019 pour les bâtiments publics et en 2021 pour les autres bâtiments.

Les bâtiments soumis à permis d’urbanisme en Région Wallonne doivent, au Ier janvier 2017, répondre aux exigences suivantes :

NATURE DES TRAVAUX SOUMIS À PERMIS				Valeurs U	Niveau K	Niveau E_W	Consommation spécifique	Ventilation	Surchauffe
NATURE DES TRAVAUX SOUMIS À PERMIS				U	K	E_W	E_spec	V	S
Procédure AVEC responsable PEB	Bâtiment neuf ou assimilé	PER	Maisons unifamiliales Appartements	< U_max	< K35 _{+ nœuds constructifs}	65 (a)	115 kWh/m²an (b)	Annexe C2	< 6 500 kh
		PEN	Bureaux Services Enseignement Hôpitaux HORECA Commerces Hébergements collectifs			90/65 (1)(c)		Annexe C3
		PEN				90/65 (1)(c)		Annexe C3
		I	Industriel		< K55 _{+ nœuds constructifs}
	Rénovation importante			_{uniquement éléments modifiés}				(2)

Procédure SANS responsable PEB Déclaration PEB simplifiée	Rénovation simple y compris changement d’affectation chauffé > chauffé	< U_{max des éléments modifiés et}_neufs						(2)
Procédure SANS responsable PEB Déclaration PEB simplifiée	Changement d’affectation non chauffé > chauffé	< U_{max des éléments modifiés et}_neufs	< K65 _{+ nœuds constructifs}					Annexe C2 ou C3

(1) La performance de l’unité PEN est calculée au prorata des exigences (90 ou 65) propre à chacune des parties fonctionnelles.

(2) Amenées et extraction d’air dans les nouveaux locaux et amenées d’air dans les locaux existants si porte et/ou fenêtre remplacée.

(a) Devient 45 à partir du 1er janvier 2021

(b) Devient 85 kWh/m²an à partir du 1er janvier 2021

(c) Devient 90/45 à partir du 1er janvier 2019 pour les bâtiments publics, à partir du 1er janvier 2021 pour les autres bâtiments.

Tableau des exigences des valeurs U_max :

Élément de construction		U_max[W/m²K]
Parois délimitant le volume protégé
	Toitures et plafonds	0.24
	Murs (1)	0.24
	Planchers (1)	0.24
	Portes et portes de garage	2.00
	Fenêtres: – Ensemble de châssis et vitrage – Vitrage uniquement	1.50 1.10
	Murs-rideaux : – Ensemble de châssis et vitrage – Vitrage uniquement	2.00 1.10
	Parois transparentes / translucides autres que le verre : – Ensemble de châssis et partie transparente – Partie transparente uniquement (ex: coupole de toit en polycarbonate, …)	2.00 1.40
	Brique de verre	2.00
Parois entre 2 volumes protégés situés sur des parcelles adjacentes (2)		1.00
Parois opaques à l’intérieur du volume protégé ou adjacentes à un volume protégé sur la même parcelle (3)		1.00

(1) Pour les parois en contact avec le sol, la valeur U tient compte de la résistance thermique du sol et doit être calculée conformément aux spécifications fournies à l’annexe 3 de l’Arrêté. Les exigences R_min n’existent plus.

(2) A l’exception des portes et fenêtres.

(3) Parois opaques (à l’exception des portes et portes de garage):

entre unités d’habitation distinctes ;
entre unités d’habitation et espaces communs (cage d’escaliers, hall d’entrée, couloirs, …) ;
entre unités d’habitation et espaces à affectation non résidentielle ;
entre espaces à affectation industrielle et espaces à affectation non industrielle.

Méthode de calcul E_W des unités PEN

ou :

E_W : l’exigence de niveau EW pour l’unité PEN
A_{ch,fct f :}la surface de plancher chauffé ou climatisé de chaque fonction f
E_{ch,fct f} : l’exigence E_W pour chaque fonction f
A_{ch :}la surface de plancher chauffé ou climatisé de l’unité PEN

Il faut faire la somme de toutes les fonctions de l’unité PEN.

Fonctions dans l’unité PEN		E_{W, fct f}
Hébergement		90
Bureau		65 (a)
Enseignement		65 (a)
Soins de santé	Avec occupation nocturne	90
	Sans occupation nocturne	90
	Salle d’opération	90
Rassemblement	Occupation importante	90
	Faible occupation	90
	Cafétéria / réfectoire	90
Cuisine		90
Commerce / service		90
Installations sportives	Hall de sport / Salle de gymnastique	90
	Fitness / Danse	90
	Sauna / Piscine	90
Locaux techniques		90
Communs		90
Autre		90
Inconnue		90

(a) devient 45 à partir du 1er janvier 2019 pour les bâtiments publics, à partir du 1er janvier 2021 pour les autres bâtiments.

Exigences des systèmes

Depuis le 1er mai 2016, des exigences s’appliquent aux systèmes (chauffage, eau chaude sanitaire, climatisation, ventilation).

Travaux soumis à permis ou non		Performance	Calorifugeage	Comptage énergétique
Bâtiments existants	Installation Modernisation Remplacement	Exigence systèmes – Annexe C4
Bâtiments existants	Installation Modernisation Remplacement	– Chaudières gaz – Chaudières mazout – Pompes à chaleur – Chauffage électrique direct – ECS électrique – Machines à eau glacée – Récupérateur de chaleur	– Conduites d’eau chaude – Conduites d’eau glacée – Conduits d’air	– Comptage par installation – Comptage entre bâtiments – Comptage entre unités PEB
Bâtiments à reconstruire et assimilés⁽²⁾	Installation	–	–	Uniquement⁽¹⁾: – Comptage entre bâtiments – Comptage entre unités PEB

En pratique

La procédure administrative relative aux exigences P.E.B. pour bâtiment neuf est essentiellement liée à la procédure de permis d’urbanisme. Elle est divisée en deux étapes :

la déclaration P.E.B initiale avec étude de faisabilité
la déclaration P.E.B. finale avec établissement du certificat PEB.

Moment

Etapes de la procédure

Définition

Dépôt de la demande de permis¹.

DÉCLARATION PEB INITIALE

Document qui reprend une description succincte des principaux dispositifs et une estimation de la performance énergétique du bâtiment.

Au plus tard dans les 12 mois de l’occupation du bâtiment ou de l’achèvement du chantier et, en tout cas au terme du délai de validité du permis.

DÉCLARATION PEB FINALE

Document qui reprend le résultat final et réel de la performance énergétique du bâtiment et décrit les mesures réellement mises en œuvre pour atteindre cette performance.

¹ Une étude de faisabilité technique, environnementale et économique de systèmes alternatifs doit être réalisée avant l’introduction de la demande de permis d’urbanisme.

Quatre acteurs (définis dans le code wallon) interviennent dans la procédure P.E.B. :

Déclarant P.E.B. : il est la personne physique ou morale tenue de respecter les exigences P.E.B. Il est en général le maître d’ouvrage ou l’acquéreur.

Responsable P.E.B. : il est la personne, physique ou morale, désignée par le déclarant (soit, par défaut, l’architecte, soit une personne agréée par le Gouvernement Wallon). Il est le responsable de la conception et des mesures mises en œuvre pour atteindre les exigences P.E.B. jusqu’à l’exécution des travaux. Il est aussi responsable de la rédaction de ces engagements.

Auteur de l’étude de faisabilité (agréé par le GW et désigné par le déclarant). Ce peut être le responsable PEB lorsque le bâtiment compte moins de 1000 m² de surface utile.

Le certificateur P.E.B. (agréé par le GW et désigné par le déclarant) pour bâtiments existants.

Des dispositifs de contrôle et des sanctions ont été prévus (Annexe E):
Les contrôles sont effectués par la commune (contrôle succinct lors de l’introduction de la demande de permis) ou la Division de l’Énergie (SPW Territoire, Logement, Patrimoine, Energie) par coups de sonde sur chantier.
En cas de non respects des exigences, des amendes administratives (vers le demandeur, déclarant et/ou responsable PEB) sont de mises. On évaluera aussi la possibilité de réaliser des travaux de mise en conformité.

Documents de référence

La réglementation actuelle comprend 9 annexes déterminant les exigences et les différentes méthodes de calcul :

ANNEXE 1 – Méthode PER : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités résidentielles.
ANNEXE 2 – Méthode PEN : Méthode de détermination du niveau de consommation d’énergie primaire des unités non résidentielles
ANNEXE 3 – DRT : Document de référence pour les pertes par transmission. Règles pour le calcul des pertes par transmission dans le cadre de la réglementation PEB. Calcul du coefficient de transmission thermique des parois des bâtiments (valeur U) et du coefficient de transfert thermique par transmission dans les bâtiments (valeur H).
ANNEXE B2 – NC : Traitement des nœuds constructifs.
ANNEXE C1 – UR : Valeurs U maximales admissibles ou valeurs R minimales à réaliser.
ANNEXE C2 – VHR : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments résidentiels.
ANNEXE C3 – VHN : Dispositifs de ventilation dans les bâtiments non résidentiels.
ANNEXE D – CRE : Méthode de détermination de la consommation spécifique des bâtiments résidentiels dans le cadre de la certification PEB.
ANNEXE E – SCT : Détermination des amendes administratives.

L’ensemble de ces documents sont accessibles sur le site : http://energie.wallonie.be/fr/performance-energetique-des-batiments.html?IDC=6148

De manière accessible et pratique, le guide sur la Performance Énergétique des Bâtiments réalisé par l’ULg (CIFFUL) et avec le soutien du SPW est disponible sur le site : http://www.leguidepeb.be/

Posted By : 12 Août, 2008

Annexe C3 de la PEB: dispositifs de ventilation des immeubles non résidentiels

Domaine d’application

La réglementation wallonne en matière de ventilation est désormais intégrée à l’arrêté sur la performance énergétique des bâtiments (PEB), d’application depuis le 1er septembre 2008.
Depuis lors, les bâtiments résidentiels (habitations et appartements) doivent respecter l’annexe C2 qui se base sur la NBN D 50-001 (Dispositifs de ventilation dans les bâtiments d’habitation) en en modifiant ou en précisant certains articles.
Les bâtiments non résidentiel, quant à eux (immeubles de bureaux et de services, les bâtiments destinés à l’enseignement, hébergement, horeca,… hors industrie), doivent respecter l’annexe C3 qui se base essentiellement sur la NBN EN 13779 (ventilation dans les bâtiments non-résidentiels).
Les bâtiments doivent satisfaire, lors de leur construction, aux exigences de ventilation telles que déterminées à l’annexe C2 ou C3. Les bâtiments ou parties de bâtiments qui, par changement d’affectation, acquièrent une nouvelle destination, sont également soumis à ces exigences pour la partie du bâtiment subissant le changement d’affectation. Les bâtiments faisant l’objet de travaux de rénovation (importants ou simples), doivent satisfaire aux exigences de ventilation relatives aux amenées d’air telles que déterminées à l’annexe C2 ou C3 pour les locaux où les châssis de fenêtres ou de portes extérieurs sont remplacés.

Sommaire

1	Objet
2	Domaine d’application
3	Références normatives
4	Définitions
5	Symboles et unités
6	Expression des exigences et détermination des performances des systèmes de ventilation
	6.1	Expression des exigences
	6.2	Détermination des performances
	6.3	Expressions d’exigences complémentaires
		6.3.1	Conditions de pression
		6.3.2	ventilation des espaces de toilette
	6.4	Ventilation des espaces spéciaux
7	Niveaux de performance minimaux
	7.1	Qualité de l’air intérieur
	7.2	Débits de ventilation
		7.2.1	Dans les espaces destinés à l’occupation humaine
		7.2.2	Dans les espaces non destinés à l’occupation humaine
	7.3	Qualité de l’air des débits d’alimentation
	7.4	Régulation de la qualité de l’air
	7.5	Conditions de pression dans les espaces ou les bâtiments
	7.6	Consommation d’énergie des ventilateurs
	7.7	Dimensionnement des bouches d’air
	7.8	Possibilité de réglage des bouches d’air
	7.9	Évacuation pour ventilation naturelle
	7.10	Nature des dispositifs de transfert d’air montés en intérieur
	7.11	Pénétration d’animaux indésirables par les bouches d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou de ventilation mécanique simple flux par extraction
	7.12	Pénétration d’eau par les bouches d’alimentation des systèmes de ventilation naturelle ou de ventilation mécanique simple flux par extraction
	7.13	Diffusion de l’air dans la zone d’occupation

Conditions de pression

Pour calculer les conditions de pression, dans un bâtiment ou une partie de bâtiment, résultant de la différence entre le débit d’air fourni et le débit d’air repris, la formule suivante doit être utilisée :

Δq = q_v,supply – q_v,extract

PC = sign (Δq).(abs(Δq)/V₅₀)^1/0,65.50

où,

PC = conditions de pression [Pa]
q_v,supply = débit d’air fourni [m³.h^-1]
q_v,extract = débit d’air repris [m³.h^-1]
V₅₀ = débit de fuite d’air du bâtiment ou d’une partie du bâtiment à 50 Pa, déterminé conformément à la norme NBN EN 13829 [m³.h^-1]

Dans un bâtiment, les conditions de pression ne peuvent pas être inférieures à -5 Pa ou supérieures à 10 Pa. Pour effectuer le calcul, on prend une valeur de débit de fuite V₅₀ égale au volume (V) calculé sur base des dimensions extérieures en m ou de la partie de bâtiment considérée.

Qualité de l’air intérieur et débit de conception minimal

L’annexe C3 impose une qualité d’air minimale correspondant à la catégorie « INT3 » telle que défini dans la norme NBN EN 13779. Cette exigence revient à imposer les débits de conception minimaux suivant :

Pièce servant à une occupation humaine type

Dans le cas d’un travail normal dans un bureau ou dans une maison avec un rapport métabolique voisin de 1,2, le débit minimal devra être de :

6 l.s^-1 soit 22 m³.h^-1.personne^-1 dans les zones non-fumeurs
12 l.s^-1 soit 43 m³.h^-1.personne^-1 dans les zones fumeurs

Ces débits tiennent compte du métabolisme humain aussi bien que des émissions types dans les bâtiments à faible pollution. Si l’activité métabolique est élevée (met>1,2), il convient d’augmenter les débits fournis d’un facteur met/1,2.

Pièce non destinée à l’occupation humaine

Dans ce cas, le débit minimal s’exprime en mètre cube par heure et par surface de plancher :

0,35 l.s^-1 soit 1,3 m³.h^-1.m^-2

Cette valeur a été déterminée sur base d’une période d’activité de 50 % et une hauteur de plafond de 3 mètres. Pour des périodes d’activités plus courtes et des hauteurs de plafond plus élevées, il convient que le débit d’air soit plus élevé.

Espace de toilette

On détermine le débit de conception des espaces de toilette en fonction du nombre de WC (y compris les urinoirs).
Si le nombre de WC n’est pas connu, le débit de conception des toilettes sera déterminé sur base de leur surface au sol.
Le débit de conception devra être de :

25 m³.h^-1 par WC
15 m³.h^-1 par m² au sol si le nombre de WC n’est pas connu au moment du dimensionnement du système de ventilation

Salle de douche et salle de bain

Le débit de conception minimal est déterminé par la surface plancher :

5 m³.h^-1.m^-2

Avec un minimum de 50m³.h^-1 par espace.

Détermination de l’occupation humaine d’un local

Le débit de conception minimal dans les espaces destinés à l’occupation humaine doit être déterminé sur base du tableau 11 de l’annexe A de la norme NBN EN 13779 (Taux d’air neuf par personne). Pour cela, on se base sur l’occupation prévue par l’équipe de conception du bâtiment.
Toutefois,

si l’occupation prévue d’un espace est inférieure à la valeur déterminée selon le tableau ci-dessous,
ou si l’équipe de conception elle-même ne détermine pas l’occupation prévue,

alors la détermination du débit de conception minimal devra prendre en considération l’occupation déterminée selon le tableau ci-dessous. Lorsque l’on détermine l’occupation à l’aide de ce tableau, il faut déterminer l’occupation à l’aide de ce tableau, il faut arrondir le nombre de personnes obtenu à l’unité supérieure.

Type d’occupation	Surface au sol par personne [m²/personne]
Horeca
Restaurants, cafétéria, buffet rapide, cantine, bars, cocktail-bar	1.5
Cuisines, kitchenettes	10
Hôtels, motels, centres de vacances
Chambres à coucher d’hôtel, de motel, de centre de vacances, …	10
Dortoirs de centres de vacances	5
Lobby, hall d’entrée	2
Salle de réunion, espace de rencontre, salle polyvalente	2
Immeubles de bureaux
Bureau	15
Locaux de réception, réception, salles de réunions	3.5
Entrée principale	10
Lieux publics
Hall des départs, salle d’attente	1
Bibliothèque	10
Lieux de rassemblement publics
Église et autres bâtiments religieux, bâtiments gouvernementaux, salles d’audience, musées et galeries	2.5
Commerce de détail
Local de vente, magasin (sauf centres commerciaux)	7
Centre commercial	2.5
Salon de coiffure, institut de beauté	4
Magasins de meubles, tapis, textiles…	20
Supermarché, grand magasin, magasin spécialisé pour animaux	10
Laverie automatique	5
Sports et loisirs
Hall de sport, stades (salle de jeu), salle de gymnastique	3.5
Vestiaires	2
Espace de spectateurs, tribunes	1
Discothèque/dancing	1
Club sportif : salles d’aérobic, salle de fitness, club de bowling	10
Locaux de travail
Studio de photographie, chambre noire…	10
Pharmacie (local de préparation)	10
Salle des guichets dans les banques / salle des coffres destinée au public	20
Local de photocopie / local des imprimantes	10
Local informatique (sans local des imprimantes)	25
Établissements d’enseignement
Salles de cours	4
Salle polyvalente	1
Soins de santé
Salle commune	10
Salles de traitement et d’examen	5
Salles d’opération et d’accouchement, salle de réveil et soins intensifs, salle de kinésithérapie, de physiothérapie	5
Établissements pénitentiaires
Cellules, salle commune	4
Postes de surveillance	7
Inscription / enregistrement / salle de garde	2
Autres espaces
Magasin de stockage	100
Autres espaces	15

Qualité de l’air des débits intérieurs

Le débit d’alimentation de conception minimal doit être réalisé avec de l’air neuf. Tous les débits supplémentaires peuvent être réalisés avec de l’air neuf, de l’air recyclé ou de l’air transféré.
Les espaces non destinés à l’occupation humaine font exception à cette règle. Dans ce cas, selon la norme NBN13779, le débit d’alimentation de conception peut être entièrement réalisé avec de l’air repris possédant :

un niveau de pollution faible (REP 1) : Air des pièces où les sources d’émission principales sont les structures et les métaux du bâtiment, et l’air provenant des pièces occupées où les sources principales sont le métabolisme humain et les matériaux et structures du bâtiment. Les pièces où il est autorisé de fumer sont exclues.
un niveau de pollution modéré (REP 2) : Air provenant de pièces occupées qui contiennent plus d’impuretés que la catégorie 1 provenant des mêmes sources et/ou également des activités humaines. Pièces devant autrement faire partie de la catégorie REP 1 mais où il est permis de fumer.

Régulation de la qualité de l’air

Les systèmes de ventilation mécaniques équipés d’un système de régulation appartenant à l’une des catégories suivantes sont interdits :

Sans régulation, le système fonctionne constamment
Régulation manuelle, le système fonctionne selon une commutation manuelle

De même, les systèmes de régulation basés sur la température de l’air et qui permettent de réduire le débit de ventilation sous le débit minimal ne sont pas autorisés.

Consommation d’énergie des ventilateurs

La puissance spécifique des ventilateurs doit appartenir à l’une de ces 3 catégories :

catégorie 1 : moins de 500 W.m^-3.s
catégorie 2 : entre 500 et 750 W.m^-3.s
catégorie 3 : entre 750 et 1250 W.m^-3.s

Dimensionnement des bouches d’air

Bouche d’alimentation

Les bouches d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction sont dimensionnées pour une différence de pression :

de 2 Pa maximum dans le cas général
pouvant être de 10 Pa maximum si l’espace est pourvu d’une extraction mécanique. Sauf si cet espace accueille un appareil à chambre de combustion ouverte raccordé à un conduit d’évacuation.

Bouche d’extraction

Les bouches d’extraction d’un système de ventilation naturelle ou d’un système de ventilation mécanique simple flux par insufflation sont dimensionnées pour une différence de pression :

de 2 Pa maximum dans le cas général
pouvant être de 10 Pa maximum si l’espace est pourvu d’une alimentation mécanique

Dispositifs de transferts d’air montés en intérieur

Ceux-ci doivent être dimensionnés pour une différence de pression maximale de :

2 Pa en général
10 Pa si un des deux espaces au moins est pourvu d’un système de ventilation mécanique

Possibilité de réglage des bouches d’air

Les dispositifs de transfert d’air montés en intérieur doivent être fixes (non réglables).
Les bouches d’alimentation pour système de ventilation naturelle ou système de ventilation mécanique simple flux par extraction et les bouches d’évacuation pour systèmes de ventilation naturelle ou système de ventilation mécanique simple flux par insufflation doivent être dotées d’un réglage manuel ou automatique. Elles doivent pouvoir être réglées en suffisamment de positions intermédiaires entre les positions « Fermée » et « Complètement ouverte ». Ce réglage peut se faire soit en continu, soit via au moins 3 positions intermédiaires entre les positions « Fermée » et « Complètement ouverte ».

Évacuation pour ventilation naturelle

Les bouches d’évacuation destinées à la ventilation naturelle sont raccordées à un conduit d’évacuation qui débouche au-dessus du toit. Les conduits d’évacuation doivent avoir un tracé vertical autant que possible. Des déviations de maximum 30° par rapport à la verticale sont admises.
Les conduits d’évacuation et les accessoires sont dimensionnés par une vitesse maximale de l’air de 1 m.s^-1.

Nature des dispositifs de transfert d’air monté en intérieur

Les fentes sous les portes intérieures peuvent être considérées comme des dispositifs de transfert d’air pour autant que la plus petite dimension de la fente soit au moins de 5 mm (la hauteur de la fente est mesurée à partir du niveau du plancher fini ; si la finition de plancher n’est pas connue, on suppose qu’elle a une épaisseur de 10 mm). Dans ce cas, il faut tenir compte d’un débit de:

0,36 m³.h-1 par cm² de fente pour une différence de pression de 2 Pa ;
0,80 m³.h-1 par cm² de fente pour une différence de pression de 10 Pa.

Pénétration d’eau par les bouches d’alimentation des systèmes de ventilation naturelle ou de ventilation mécanique simple flux par extraction

Pour empêcher dans la mesure du possible l’infiltration d’eau par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, il est recommandé de ne pas avoir de pénétration d’eau possible pour une différence de pression inférieure ou égale à 150 Pa en position « Fermée » et pour une différence de pression inférieure ou égale à 20 Pa en position « Complètement ouverte ».
Pour les fenêtres qui sont spécifiquement conçues comme bouche d’alimentation, la position « Complètement ouverte » doit être comprise comme la position d’ouverture maximale pour la ventilation (et non la position d’ouverture maximale de la fenêtre).
En l’absence de normes spécifiques, la détermination de l’étanchéité à l’eau des bouches d’alimentation s’effectue selon la norme NBN EN 13141-1.
Les prescriptions suivantes sont en outre d’application :

La bouche d’alimentation doit être installée conformément aux instructions du fournisseur dans un panneau qui présente l’épaisseur du support sur lequel la bouche d’alimentation sera placée en conditions réelles, par exemple :
- panneau d’une épaisseur de 20mm dans le cas d’un vitrage ;
- panneau d’une épaisseur de 60mm dans le cas d’un châssis de fenêtre ;
- panneau d’une épaisseur de 300mm dans le cas d’un mur.
L’épaisseur du panneau sera mentionnée dans le rapport.
Conformément à la norme NBN EN 13141-1, les tests sont effectués selon la norme NBN EN 1027. La méthode d’essais retenue est la méthode 1A.
Pour les bouches d’alimentation qui ont des dimensions variables, les tests doivent être effectués sur un échantillon dont la mesure-jour de chaque dimension variable est de 1 m. Si la dimension maximale disponible est plus petite que 1 m, le test doit être effectuée sur un échantillon dont la dimension est maximale.

Pénétration d’animaux indésirables par les bouches d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou de ventilation mécanique simple flux par extraction

Pour empêcher dans la mesure du possible la pénétration d’animaux indésirables par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, il est recommandé qu’il ne soit pas possible de faire passer les objets suivants à travers la bouche d’alimentation, soit depuis l’intérieur vers l’extérieur, soit dans l’autre sens :

une petite boule en métal avec un diamètre de 4 mm
un petit disque en métal avec un diamètre de 10 mm et une épaisseur de 3 mm

Cette exigence est valable pour chaque position d’ouverture.

Diffusion de l’air dans la zone d’occupation

Pour éviter dans la mesure du possible des problèmes de confort, il est recommandé que la partie inférieure des bouches d’alimentation d’un système de ventilation naturelle et des bouches d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction soit placée à une hauteur d’au moins 1.80 m au dessus du niveau du plancher fini.

Posted By : 14 Juil, 2008

Ateliers

Éclairage naturel et baies vitrées

Dans les ateliers, les tâches de travail peuvent vite devenir dangereuses lorsque le risque d’éblouissement est important. Intuitivement, on essayera d’ouvrir les façades orientées au nord pour la simple raison que la lumière naturelle côté nord est essentiellement une lumière diffuse avec un niveau d’éclairement relativement continu en journée. Mais les contraintes d’orientation ne peuvent pas toujours être maîtrisées :

En rénovation, les façades orientées au nord ne sont pas toujours disponibles à l’ouverture vers la lumière naturelle.

En conception nouvelle, le bâtiment ne peut pas toujours être orienté avec ses larges façades au nord.

Des alternatives intéressantes à considérer sont les ouvertures de toiture :

Les ouvertures de type coupole représentent un potentiel important d’éclairage naturel mais avec son lot d’inconvénients comme, par exemple, l’éblouissement zénithal et la surchauffe en été.

Les baies vitrées de type sheds orientées au nord permettent de maîtriser la surchauffe et l’éblouissement d’été. Elles offrent bien d’autres avantages comme, par exemple, la possibilité de coupler l’éclairage naturel côté nord aux panneaux photovoltaïques placés sur le versant des sheds côté sud.

Les ouvertures verticales en toiture

Début du siècle dernier, voire bien avant, ce type d’ouverture existait déjà. Nos ancêtres étaient bien inspirés en regard du confort visuel. Cependant, d’un point de vue thermique, les performances du simple vitrage et l’étanchéité des châssis ne permettaient pas des performances énergétiques géniales !

À l’heure actuelle, les performances thermiques des sheds deviennent très bonnes, ce qui permet à ceux-ci de pouvoir jouir d’une seconde jeunesse !

La mise en œuvre des sheds en conception nécessite quand même de respecter l’orientation nord-sud, et ce dans une « fourchette angulaire » relativement restreinte de manière à éviter les surchauffes et les éblouissements directs. De plus, d’un point de vue conceptuel, les sheds doivent être alignés sur la trame de la structure portante (alignement parallèlement ou perpendiculairement au rythme des poutres principales par exemple). Cette remarque montre la limite que l’on peut vite atteindre en cas de rénovation simple.

Les ouvertures verticales orientées vers le nord de type sheds apparaissent comme une solution très intéressante si l’on parvient à maîtriser le rayonnement solaire direct en début de matinée.

Le shed est intéressant sur plusieurs aspects. Il présente des avantages et inconvénients résumés dans le tableau suivant :

Avantages	Inconvénients
Éclairage naturel uniforme et constant sans risque d’éblouissement pour les expositions au nord. Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale. Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certain châssis vitrés. Support d’éventuels panneaux solaires photovoltaïques. Récupération de surfaces internes contre les façades (pour le stockage par exemple). Meilleure isolation que les voutes filantes ou les coupoles en général.	Une surface de déperdition plus importante. Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade). …

Avantages

Inconvénients

Éclairage naturel uniforme et constant sans risque d’éblouissement pour les expositions au nord.

Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale.

Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certain châssis vitrés.

Support d’éventuels panneaux solaires photovoltaïques.

Récupération de surfaces internes contre les façades (pour le stockage par exemple).

Meilleure isolation que les voutes filantes ou les coupoles en général.

Une surface de déperdition plus importante.

Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade).

Les lanterneaux

Les lanterneaux étaient et restent les ouvertures zénithales les plus répandues. On peut arriver à des performances énergétiques proches de celles des doubles vitrages plans par l’utilisation de polycarbonates double voire triple couche. Cependant, la surchauffe et l’éblouissement sont les ennemis du lanterneau. Pour limiter le risque d’éblouissement direct et la surchauffe, un vitrage opalin est recommandé. La transmission lumineuse du vitrage est cependant fortement diminuée et la relation avec l’extérieur altérée (plus de possibilités d’analyser la couleur du ciel).

De manière générale, l’ouverture zénithale avec un lanterneau présente des avantages et inconvénients résumés dans le tableau suivant :

Avantages	Inconvénients
Éclairage naturel intéressant pour toutes les expositions. Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale. Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certains châssis vitrés. Récupération de surfaces internes contre façades (pour le stockage par exemple). …	Une surface de déperdition plus importante. Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade). Risque de surchauffe et d’éblouissement direct.

Avantages

Inconvénients

Éclairage naturel intéressant pour toutes les expositions.

Ventilation intensive naturelle possible et efficace en règle générale.

Possibilité de combinaison d’une ventilation naturelle avec la fonction de désenfumage (exutoire de fumée sur certains châssis vitrés.

Récupération de surfaces internes contre façades (pour le stockage par exemple).

Une surface de déperdition plus importante.

Coûts de mise en œuvre de la toiture plus importants (cependant, partiellement compensés par la réduction des surfaces vitrées en façade).

Risque de surchauffe et d’éblouissement direct.

Quantification de l’apport en éclairage naturel

Nous proposons ici, une étude théorique de l’apport en éclairage naturel de plusieurs solutions qui peuvent être envisagées dans un ateliers.

Quantitativement, l’apport en lumière naturelle au travers de différents types de baies vitrées passe par l’appréciation :

Du FLJ ou Facteur de Lumière du Jour. Le FLJ permet d’objectiver la qualité de la baie vitrée indépendamment de l’orientation, des conditions climatiques… On peut en tirer des enseignements quant à l’homogénéité de l’éclairage naturel, de la performance de la baie vitrée par rapport à sa taille, sa position dans la façade ou dans la toiture…

De l’autonomie en lumière du jour qui donne une idée relativement précise des consommations d’éclairage artificiel comme complément à l’éclairage naturel.

Un FLJ compris entre 3 et 5 % est en général un gage de bonne qualité de la lumière naturelle dans le local considéré. Dans la même optique, une autonomie en lumière naturelle de l’ordre de 50-60 % augure une bonne indépendance vis-à-vis de la lumière artificielle.

La quantification ne peut se réaliser que par l’utilisation d’outils de simulation dynamique en éclairage naturel. Des logiciels comme ECOTECH et DAYSIM.

Hypothèses de modélisation

La modélisation s’effectue en tenant compte de la volumétrie du projet de conception et des hypothèses sur :

L’horaire d’occupation : 06h00 à 22h00 ;
Le niveau d’éclairement : 300 lux à 0,80 m ;
Transmission lumineuse du vitrage : 70 % ;
Les coefficients de réflexion des parois internes :
Plafond : 40 %
Murs : 40 %
Dalle : 20 %

Simulation 1 : ouvertures verticales vers le nord en toiture

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 99 m²
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 10 %
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*
1 < FLJ < 2 %	DA < 20 %
(*) FLJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ; DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

1 < FLJ < 2 %

DA < 20 %

(*)

FLJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Une zone d’ombre au niveau de la façade nord réduit fortement la performance globale du système de « sheds ».

Simulation 2 : Ouvertures verticales vers le nord en toiture + fenêtre verticale en façade

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 124 m²
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 13 %
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*
2 < FLJ < 3 %	DA < 40 %
(*) LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ; DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2 < FLJ < 3 %

DA < 40 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Le placement d’un bandeau vitré en façade nord améliore permet de gommer les zones d’ombre. Globalement, le résultat est meilleur. Ceci dit, de manière pratique, tout dépend la hauteur à laquelle se situe ce bandeau, sachant que dans les ateliers toute surface vitrée en façade reste un inconvénient en termes d’exploitation des m² utiles.

Simulation 3 : ouvertures verticales vers le nord en toiture + fenêtre verticale en façade + optimisation

Schéma ouvertures verticales vers le nord en toiture - 2.

Caractéristiques propres aux sheds

Surface nette éclairante : 124 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 13 % ;
Réflecteurs du plafond des sheds : 80 % ;
Transmission lumineuse du vitrage 80 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*
2,5 < FLJ < 5 %	DA < 40 %
(*) LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ; DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2,5 < FLJ < 5 %

DA < 40 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Tout en évitant l’éblouissement et les surchauffes, les sheds à vitrages clairs proposent une solution intéressante pour les ateliers. Le confort visuel y est assuré ! Pour autant que le système d’éclairage artificiel soit géré de manière efficace, les consommations électriques peuvent être réduites de manière significative.

Simulation 4 : voute filante – vitrage opalin (TL 22 %)

Schéma voûte filante.

Caractéristiques propres aux lanterneaux

Surface nette éclairante : 157 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 16,3 % ;
Transmission lumineuse du vitrage : 22 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*
1 < FLJ < 2 %	DA < 30 %
(*) LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ; DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

1 < FLJ < 2 %

DA < 30 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % ;
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Ce type de configuration ne donne pas lieu à des résultats encourageants. D’autant plus, qu’avec les lanterneaux, on n’évite pas les éblouissements et les surchauffes d’été. En pratique, les occupants des espaces de travail sont obligés de se protéger par des toiles horizontales. Lorsqu’elles sont fixes, l’effet d’éclairage naturel est perdu. La mise en place d’un système de gestion automatique coûte très cher !

Simulation 5 : voute filante – vitrage opalin (TL 35 %)

Schéma voûte filante - 2.

Caractéristiques propres aux lanterneaux

Surface nette éclairante : 157 m² ;
Surface nette éclairante/surface de la pièce : 16,3 % ;
Transmission lumineuse du vitrage : 35 %.
Plafond : 60 %

Facteur lumière du jour

Autonomie lumière du jour – 300 lux – 6h00 à 22h00

Que faut-il retenir ?

Analyse des résultats
FLJ (Facteur de Lumière du jour)*	DA (Autonomie en Lumière du Jour)*
2 < FLJ < 3 %	DA < 45 %
(*) LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % . DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

Analyse des résultats

FLJ (Facteur de Lumière du jour)*

DA (Autonomie en Lumière du Jour)*

2 < FLJ < 3 %

DA < 45 %

(*)

LJ moyen (Facteur de Lumière du jour) sur l’ensemble de la surface considéré comme bon si 3 % < FLJ > 5 % .
DA moyen (Autonomie en Lumière du Jour) sur l’ensemble de la surface considérée comme acceptable si DA > 50 %.

L’augmentation de la transmission lumineuse améliore la situation, mais amplifie aussi l’inconfort d’éblouissement et l’inconfort thermique en été.

Conclusions

De manière générale, les sheds donnent des résultats très intéressants. D’autant plus que la qualité de la lumière naturelle captée par les sheds est excellente pour les raisons déjà évoquées précédemment, à savoir :

la source d’éclairage naturel diffuse est relativement constante et pas éblouissante ;
les surchauffes dues aux apports directs sont évitées.

Envisager le placement d’un bandeau vitré en façade nord et une augmentation du coefficient de réflexion du plafond amélioration les performances des sheds ;

L’utilisation des lanterneaux permet d’approcher les critères de FLJ et ALJ envisagés (FLJ compris entre 3 et 5 %, ALJ > 50 %). Cependant, l’éblouissement doit être maîtrisé sachant que le rayonnement solaire direct est limité, mais toujours présent. De plus, les surchauffes potentielles ne seront pas évitées.

Quantification en éclairage artificiel

Partant du principe que le confort lumineux doit être assuré en présence ou pas d’éclairage naturel, un complément d’éclairage artificiel est nécessaire. Normativement, le dimensionnement de l’éclairage artificiel s’effectue sans les apports de lumière naturelle. La démarche énergétique d’un système d’éclairage artificiel réside donc dans sa capacité à moduler la puissance installée en fonction de l’éclairage naturel. En effet, pour autant qu’il n’y ait pas d’éblouissement, meilleure l’autonomie en lumière du jour sera, moins fort sera le poids des consommations d’éclairage artificiel pour donner le complément de confort nécessaire.

Dans le cas de l’atelier considéré, le choix du type d’éclairage artificiel et surtout du type de luminaire, passe par une étude de type Dialux permettant de comparer des luminaires entre eux.

Choix du type de luminaire

Quel type de lampe ?

Dans l’atelier de hauteur inférieure à 7-8 m, deux types de source lumineuse ont été envisagées, à savoir :

les lampes aux halogénures métalliques ;
les tubes fluorescents.

Photo lampes aux halogénures métalliques.

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Photo luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Luminaire à tubes fluorescents.

Quel type de luminaire ?

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.

Luminaire à tubes fluorescents.

Une étude technico-économique peut être réalisée de façon à pouvoir sélectionner la meilleure solution. Il en ressort, que les luminaires à tubes fluorescents sont à préférer. Les principales raisons sont les suivantes :

Une grande efficacité énergétique,
Un très bon rendu des couleurs,
Une durée de vie importante,
Un faible coût d’investissement.

De plus, si on les compare aux lampes aux halogénures métalliques, on constate que :

Leur faible flux lumineux (4.300 lm pour une lampe de 49 W) les rend moins éblouissantes que les lampes aux halogénures ;

De même, elles nécessitent l’installation d’un plus grand nombre de lampes. On obtiendra ainsi une plus grande uniformité d’éclairement qu’avec des lampes à décharge haute pression et une réduction des ombres portées ;

Vu le grand nombre de points lumineux, si une lampe est défectueuse, elle ne laissera pas une tache sombre au sol en attendant d’être remplacée ;

Elles peuvent être dimées facilement et permettent donc une gestion de commande plus perfectionnée.

Choix du système d’éclairage

En fonction de la géométrie de l’atelier et pour des raisons de modularité, de flexibilité et de rendement, une solution est privilégiée :

Une base de 4 rails de ligne lumineuse (utilisé à titre d’exemple dans la modélisation) traversant le hall. Ces rails ont été fixés au-dessus du pont roulant ;

Les luminaires sont alors attachés simplement par des verrous quart de tour.

Le câblage spécialement conçu et intégré d’usine dans le rail porteur du luminaire révolutionne la méthode d’installation, la rend variable, nettement plus rapide et plus simple.

Coupe transversale d’un rail précablé et luminaire adapté au rail profilé pour un montage rapide.

Source : Zumtobel.

Évaluation du niveau d’éclairage artificiel

Modélisation

Schéma modélisation.

La modélisation de l’éclairage artificiel est réalisée pour un niveau d’éclairement souhaité de 300 lux sur base des hypothèses suivantes :

Hauteur du plan de travail : 0,80 m
Facteur d’entretien : 0,70
Facteur de réflexion :
Sol : 0,2
Mur : 0.5
Toit : 0,5
Niveau d’éclairement souhaité de 300 lux

Simulation

liste des luminaires
N°	Quantité	Désignation (Facteur de maintenance)	φ (lm)	P (W)
1	60	Tubes fluorescents sur rails lumineux 2 x 49 W T16	8 600	109
		Total	516 000	6 540
Puissance installée spécifique : 6,81 W/m² (surface au sol 960 m²)
Puissance installée spécifique : 2,12 W/m²/100 lux (surface au sol 960 m²)

Adaptabilité

La principale caractéristique de ce type d’installation sur rail est de pouvoir accepter tous les luminaires de la gamme et donc on peut alterner différente puissance et dimension de tube.

Il est donc possible d’adapter le nombre et le type de luminaire pour augmenter le niveau d’éclairement souhaité en un point en fonction de l’activité.

Évaluation des consommations d’énergie

L’influence d’une gestion en fonction de la lumière du jour est évaluée, à partir du logiciel LIGHTSWITCH, selon le niveau d’éclairement souhaité et selon le type d’ouverture prévue en toiture.

On considère que l’éclairage est allumé tout les jours de la semaine de 6h00 à 22h00. Le niveau d’éclairement maintenu est de 300 lux sur l’ensemble de l’espace.

Lumière du jour

En conception, l’éclairage est dimensionné sans prendre en compte l’apport de lumière naturelle. Par contre, une gradation automatique commandée en fonction de la lumière du jour permet d’adapter la puissance de l’éclairage en fonction de l’apport de l’éclairage naturel. Un capteur enregistre la quantité de lumière du jour et réduit le flux lumineux de l’éclairage en fonction de leur position par rapport à la fenêtre.

Maintenance control

Les installations d’éclairage doivent être surdimensionnées pour pouvoir remplir les dispositions de la norme EN 12464 en matière d’éclairement minimal à maintenir durant toute l’utilisation. C’est pourquoi on calcule généralement une réserve très large, vu que l’éclairement diminue au fur et à mesure du vieillissement, de l’encrassement des luminaires, de l’encrassement de la pièce et de la durée de vie de la lampe.

Des installations de gestion centralisée permettent de piloter les lampes de manière à maintenir toujours le niveau d’éclairement à la valeur requise. Ainsi seule l’énergie absolument nécessaire est consommée. Des éclairements plus élevés permettent en plus d’optimiser les intervalles de maintenance.

Sans maintenance Control
Un flux lumineux trop élevé et une forte consommation en permanence.

Avec maintenance Control
Un flux lumineux constant et une consommation réduite.
Calculé sur une période de 15 ans, cette fonction permet d’économiser
jusqu’à un tiers des frais d’exploitation des luminaires et en même temps de rallonger sensiblement les intervalles d’entretien.

Le facteur de maintenance considéré pour le dimensionnement de l’éclairage est de 0,70. L’éclairage est donc surdimensionné de 30 %. Le maintien d’un flux constant permet d’économiser de l’ordre de 10 %.

Consommations énergétiques

Suivant les différentes configurations d’éclairage naturel envisagées ci-dessus, les consommations énergétiques de l’éclairage artificiel sont simulées :

Puissance installée : 7 W/m²	Consommation annuelle théorique d’éclairage artificiel selon le type de gestion
Puissance installée : 7 W/m²		Gestion en fonction d’un horaire	Gestion automatique de la lumière du jour sur bas d’un Heliomètre positionné		Gestion automatique de la lumière du jour sur bas d’un Heliomètre positionné + maintient du flux constant
Alt 1 Éclairage zénithal nord – vitrage sélectif	30,0 kWh/m².an	25,0 kWh/m².an	16,7 %	22,7 kWh/m².an	24,3 %
Alt 2 Éclairage zénithal nord + bandeau lumineux en façade nord – vitrage sélectif	30,0 kWh/m².an	22,4 kWh/m².an	25,3 %	20,4 kWh/m².an	32,0 %
Alt 3 Éclairage zénithal nord + bandeau lumineux en façade nord – vitrage clair – parois claires	30,0 kWh/m².an	20,2 kWh/m².an	32,7 %	18,5 kWh/m².an	38,3 %
Alt 4 Éclairage zénithal coupole – vitrage translucide (TL 22 %) + parois claires	30,0 kWh/m².an	24,3 kWh/m².an	19 %	22,1 kWh/m².an	26,3 %
Alt 5 Éclairage zénithal coupole – vitrage translucide (TL 35 %) + parois claires	30,0 kWh/m².an	19,6 kWh/m².an	34,7 %	18 kWh/m².an	40 %

D’un point de vue consommation énergétique, les alternatives 3 et 5 avec une gestion automatique par rapport à la lumière du jour et un maintien du flux constant sont intéressantes. Cependant, il faut rappeler que d’un point de vue confort visuel (éblouissement) et thermique (surchauffe d’été), l’alternative 3 avec les sheds orientés au nord est celle qui donne les meilleurs résultats.

Posted By : 10 Juil, 2008

Choisir l’emplacement des luminaires dans les commerces

Les situations sont tellement nombreuses dans les commerces qu’il est impossible de donner une règle générale permettant de positionner idéalement les luminaires.

Parmi les caractéristiques à ne pas perdre de vue, la hauteur des rayons est d’une grande importance. Elle influencera les niveaux d’éclairement et l’uniformité de l’éclairage général. Dans le cas de rayonnage haut, comme ceux que l’on retrouve dans les supermarchés, il faudra bien tenir compte de la position relative des luminaires par rapport aux rayonnages. Le dimensionnement devra être réalisé par un logiciel de calcul permettant de prendre en compte la position et la taille de ces meubles.

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – deux fils – Schéma 1

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 1 »» [0] [1]

La production frigorifique avec stockage de glace.

Schéma 1

L’équipement frigorifique peut être complété par un bac à glace, permettant de stocker du froid la nuit au moment où l’électricité est moins chère, pour l’utiliser le jour par la fonte de la glace. Une vanne trois voies mélangeuse permet de réguler la température de l’eau glacée lors de la décharge du stockage.

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – deux fils – Schéma 0

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 0 »» [0] [1]

La régulation du ventilo-convecteur deux tubes – deux fils.

> Schéma 0

Une sonde dans la prise d’air permet de commander soit le débit d’alimentation de la batterie froide, soit l’alimentation de la résistance électrique.

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 1

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 1 »» [0] [1]

Schéma 1

À cet équipement frigorifique peut être adjoint un bac à glace, permettant de stocker du froid la nuit au moment où l’électricité est moins chère, pour l’utiliser le jour par la fonte de la glace.

La production peut aussi être assurée par une machine frigorifique dont on récupère la chaleur au condenseur : à ce moment, la chaleur captée dans les locaux à refoidir est récupérée dans les locaux à réchauffer! C’est la situation rencontrée en mi-saison. L’installation est alors particulièrement économe puisque seule la consommation des compresseurs est à fournir.

En plein été, la dissipation de chaleur se fait par un condenseur traditionnel (dit condenseur de rejet). En plein hiver, une chaudière d’appoint reste nécessaire pour vaincre la forte demande.

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 0

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 0 »» [0] [1]

La régulation du ventilo-convecteur quatre tubes.

> Schéma 0 : schéma de principe d’une installation ventilos 2 tubes.

La production de chaleur se fait, par exemple, par la chaudière du bâtiment.

La température de l’eau chaude distribuée est alors modulée en fonction de la température extérieure, via la courbe de chauffe du régulateur.

La production d’eau glacée est réalisée par la machine frigorifique. On y rencontre généralement une distribution à un régime constant du type aller 6° – retour 11°, mais les accro’s de l’URE savent qu’il y a là un potentiel d’énergie à récupérer (en augmentant la température de l’eau glacée, on diminue la consommation latente).

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 4

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 4 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation vannes 2 voies (vitesse variable).

> schéma 4

La pompe travaille à vitesse variable, et maintient une pression constante dans le réseau. Ceci est nettement plus économique mais suppose qu’une protection des installations de production soit prévue lorsque le débit d’irrigation devient faible : un bypass pour la chaudière et un ballon tampon pour la machine frigorifique.

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 3

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 3 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation par vannes deux voies (soupape différentielle).

2° Régulation du circuit hydraulique

Dans les circuits sans vannes ou avec des vannes à trois voies, le débit hydraulique total de l’installation est constant.

Par contre, dans les installations avec vannes deux voies, deux solutions sont possibles

> schéma 3

Une vanne à décharge (encore appelée vanne à soupape différentielle) est placée en parallèle sur le réseau de distribution. La pompe est protégée, elle travaille à débit constant, mais la consommation est constante également !

Posted By : Sylvie 10 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 2

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 2 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation par réglage de la vitesse du ventilateur.

> schéma 2

Variante : il existe des appareils pour lesquels la sélection de la vitesse du ventilateur est réalisée automatiquement en fonction de l’écart de température par rapport à la consigne (ce sera par exemple le cas pour des appareils ne disposant pas de vanne de réglage sur le débit d’eau).

Si plusieurs ventilos sont prévus dans un même local, il est utile de les faire fonctionner en maître-esclaves, de telle sorte que l’un ne fasse pas du froid quand l’autre fait du chaud !

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 1

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 1 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation par vannes trois voies.

1° régulation de la température

> schéma 1

Une sonde de température est insérée à la prise d’air. En fonction de l’écart à la consigne, on module l’ouverture d’une vanne à trois voies, et donc le débit d’eau chaude (hiver) ou d’eau glacée (été). Il s’agit généralement d’un régulateur à action progressive. Ce régulateur peut commander plusieurs ventilos d’un même local.

On remarque la présence d’une zone neutre (minimum 2 degrés) pour laquelle l’installation n’est plus alimentée, évitant ainsi le pompage entre chaud et froid. Un agrandissement de cette zone neutre permet des économies d’énergie.

Ceci étant dit, l’occupant peut également agir sur la vitesse du ventilateur pour donner ou non de la pêche à l’émetteur. En pratique, il n’acceptera le bruit de la grande vitesse que pour la relance du matin en hiver ou pendant les canicules en été.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur quatre tubes – Schéma 0

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 0 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation du ventilo-convecteur quatre tubes.

> schéma 0 : schéma de principe d’une régulation du ventilo-convecteur quatre tubes.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 6

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 6 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Distribution par zone (avec circulateur propre).

> schéma 6 : découpage par zone et ciculateur par zone

C’est une variante du schéma précédent.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 5

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 5 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Distribution par zone (avec circulateur commun).

2ème solution : alimentation chaud et froid

> schéma 5 : découpage par zone et circulateur commun

L’inconvénient des ventilos à deux tubes, c’est l’uniformité de la température de distribution de l’eau dans tous les bureaux. De là, le souhait de découper l’installation par zones : la zone en façade Sud, la zone de la salle de conférence,…
Des vannes de commutation sont alors placées à l’entrée et à la sortie de chaque zone. Des consignes différentes sont alors possibles pour chaque local, mais le passage de la distribution d’eau glacée à la distribution d’eau chaude est fait en même temps pour tous les locaux de la zone, … après accord syndical !

En pratique, un régulateur agit sur base d’une sonde de température extérieure, une sonde d’ensoleillement et d’une sonde de compensation d’ambiance dans un local témoin,…généralement chez le chef !

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 4

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 4 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Production chaud/froid par machine réversible.

> schéma 4 : machine frigorifique réversible

La production peut aussi être assurée par une machine frigorifique réversible : lors du changement été/hiver, le sens de circulation du fluide frigorigène s’inverse, et une pompe à chaleur air-eau est créée. Un appoint de chaleur sera nécessaire pour vaincre la pointe hivernale.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 3

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 3 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

Production frigorifique avec stockage nocturne.

> schéma 3 : stockage de frigories

À l’équipement frigorifique peut être adjoint un bac à glace, permettant de stocker du froid la nuit au moment où l’électricité est moins chère, pour l’utiliser le jour par la fonte de la glace.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 2

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 2 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

En hiver, alimentation en eau chaude.

> schéma 2 : situation hiver

La production de chaleur se fait souvent par la chaudière du bâtiment. La température de l’eau chaude distribuée est alors très souvent modulée en fonction de la température extérieure, via la courbe de chauffe du régulateur.

On sera attentif à ce que le basculement froid/chaud se fasse avec un battement suffisamment large pour éviter un phénomène de pompage eau chaude/eau glacée et des pertes d’énergie par mélange eau chaude – eau froide…

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 1

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 1 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

En été, alimentation en eau glacée.

1ère solution : alimentation chaud ou froid

> schéma 1 : situation été

La commutation eau glacée/eau chaude est réalisée via deux vannes 3 voies de commutation, encore appelées « change over ». Elles peuvent être commandées manuellement ou automatiquement (en fonction de la température extérieure et de l’ensoleillement).

La production d’eau glacée est réalisée par la machine frigorifique. On prévoit généralement une distribution à régime constant du type aller 6° – retour 11°, mais les accro’s de l’URE savent qu’il y a là un potentiel d’énergie à récupérer (en augmentant la température de l’eau glacée, on diminue la consommation latente) !

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation de l’alimentation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 0

Comment réguler l’alimentation en eau chaude/eau glacée ?

– schéma 0 »» [0] [1] [2] [3] [4] [5] [6]

La régulation du ventilo-convecteur deux tubes.

> schéma 0 : schéma de principe d’une installation ventilos 2 tubes.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 4

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 4 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation de pression du réseau par variation de vitesse du circulateur.

> schéma 4

Soit la pompe travaille à vitesse variable, en maintenant une pression constante dans le réseau. Ceci est nettement plus économique mais suppose une protection des installations de production lorsque le débit d’irrigation devient faible : un bypass pour la chaudière et un ballon tampon pour la machine frigorifique.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 3

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 3 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation de la pression du réseau par soupape différentielle.

2° Régulation des débits

Dans les circuits sans vannes ou avec des vannes à trois voies, le débit hydraulique total de l’installation est constant (grâce à la vanne de réglage placée sur le bypass).

Par contre, dans les installations avec vannes deux voies, deux solutions sont possibles :

> schéma 3

Soit une vanne à décharge (encore appelée vanne à soupape différentielle) est placée en parallèle sur le réseau de distribution. La pompe est protégée, elle travaille à débit constant, mais la consommation est constante également !

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 2

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 2 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation par action sur la vitesse du ventilateur.

> schéma 2

La vitesse du ventilateur est cette fois réalisée automatiquement en fonction de l’écart de température par rapport à la consigne. La température de l’eau (froide ou chaude) est alors constante. Ce système est très bon marché.

L’avantage de ce système est de limiter le coût de fonctionnement du ventilateur. Mais l’inconvénient est de créer des trains d’air chaud/d’air froid, surtout si le ventilateur n’a qu’une seule vitesse (fonctionnement en tout ou rien)… un différentiel de 4° est alors parfois rencontré, ce qui n’est pas très confortable !

De l’eau trop chaude augmente ce différentiel ainsi que les pertes par convection naturelle lors de l’arrêt du ventilateur…

Dans ce schéma, il est utile de placer la sonde thermostatique dans l’ambiance : si elle était placée dans la reprise d’air, il faudrait laisser le ventilateur en 1ère vitesse même lorsque la température ambiante est en plage neutre…!

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 1

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 1 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation du débit par vanne trois voies.

1° Régulation de température.

> schéma 1

Il s’agit généralement d’un régulateur à action progressive, qui peut commander plusieurs ventilos d’un même local.

Astuce ! En hiver, plus le local est froid, plus il faut ouvrir la vanne d’eau chaude. En été, c’est l’inverse, c’est la montée en température qui doit ouvrir la vanne d’eau glacée…

Pour commuter de la rampe « chaud » vers la rampe « froid », on agira via un thermostat d’inversion dont la sonde détecte « la saison » en fonction de la température de l’eau du réseau ! La rampe peut également être inversée par un commutateur manuel, ou par un signal de la Gestion Technique Centralisée du bâtiment.

On constate la présence d’une zone neutre (minimum 2 degrés) pour laquelle l’installation n’est plus alimentée.

Ceci étant dit, l’occupant peut également agir sur la vitesse du ventilateur pour donner ou non de la pêche à l’émetteur.

En pratique, il n’accepte le bruit de la grande vitesse que pour la relance du matin en hiver ou pendant les canicules en été (« bruit ou sueur, il faut choisir » !…).

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Régulation du ventilo-convecteur deux tubes – Schéma 0

Comment réguler le ventilo ?

– schéma 0 »» [0] [1] [2] [3] [4]

La régulation du ventilo-convecteur deux tubes.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 4

Le stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 4 »» [1] [2] [3] [4]

> schéma 4 : déstockage seul
La machine frigorifique est arrêtée.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 3

Le stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 3 »» [1] [2] [3] [4]

> schéma 3 : déstockage et production directe
La puissance frigorifique est inférieure à la puissance appelée par les batteries froides (en fin d’après-midi , par exemple).
Les deux pompes sont en service et la vanne trois voies régule pour maintenir une température de départ de l’eau glacée constante.
Puisque le débit de distribution est supérieur au débit de production, le solde est assuré par le passage du fluide au travers du stockage qui se décharge.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 2

Le stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 2 »» [1] [2] [3] [4]

> schéma 2 : stockage et production directe
La puissance frigorifique est supérieure à la puissance appelée par les batteries froides (en début de journée, par exemple).
La pompe de distribution P2 est en service et la vanne trois voies régule pour maintenir une température de départ de l’eau glacée constante.
Puisque le débit de distribution est inférieur à celui pulsé par la pompe de production P1, le solde du débit de production remonte dans le réservoir de stockage.

Posted By : Sylvie 9 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 1

Le stockage de glace dans les bacs à nodules – schéma 1 »» [1] [2] [3] [4]

4 régimes de fonctionnement sont proposés :

> schéma 1 : le stockage seul
Le réseau de distribution n’est pas demandeur (la nuit, par exemple). La pompe de distribution P2 est arrêtée. La vanne trois voies est fermée.
Le groupe frigorifique refroidit les nodules qui se cristallisent progressivement, de la périphérie vers le centre. La température à l’évaporateur reste stable.
La puissance frigorifique appelée par le réservoir diminue progressivement, suite au gel des nodules. Les nodules étant gelés, le groupe frigorifique va provoquer une diminution rapide de la température de la boucle de fluide refroidissant. Cette chute de température sera détectée par le thermostat de régulation qui va arrêter le groupe frigorifique, arrêter la pompe et fermer la vanne d’arrêt.

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 3

Le stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 3 »» [1] [2] [3]

> schéma 3
le circuit présenté au schéma 3 permet une autre solution : l’usage d’un réservoir à glace à la pression atmosphérique.
L’échangeur intermédiaire permet la séparation du circuit de distribution sous pression du circuit du bac à glace ouvert.

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 2

Le stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 2 »» [1] [2] [3]

> schéma 2

le schéma 2 présente la phase de fonte de la glace.

Un tel circuit permet à la fois le déstockage du réservoir et la production frigorifique instantanée.

L’échangeur intermédiaire permet de séparer le circuit de distribution rempli d’eau, du circuit de production rempli d’eau glycolée, ce qui diminue l’importance du volume de glycol à mettre en jeu.

On pourra également s’inspirer du schéma du stockage de glace dans les bacs à nodules qui permet plus de variantes dans la régulation.

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 1

Le stockage de glace dans les bacs à faisceaux tubulaires – schéma 1 »» [1] [2] [3]

> schéma 1
Le schéma 1 présente la phase de prise en glace.

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage d’eau glacée – schéma 3

Le stockage d’eau glacée – schéma 3 »» [1] [2] [3]

schéma 3
Le ballon de stockage est un élément tampon intermédiaire, séparant le circuit de production de l’eau glacée du circuit de l’utilisation.
» les deux circuits sont découplés hydrauliquement, chacun disposant de sa propre pompe. Le ballon se comporte comme une bouteille de découplage hydraulique (casse pression).

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage d’eau glacée – schéma 2

Le stockage d’eau glacée – schéma 2 »» [1] [2] [3]

schéma 2
Le ballon de stockage est placé en série, sur le départ de l’eau glacée vers les batteries froides.
» la température de l’eau d’alimentation des batteries froides est stable.

Posted By : Sylvie 8 Juil, 2008

Stockage d’eau glacée – schéma 1

Le stockage d’eau glacée – schéma 1 »» [1] [2] [3]

schéma 1
Le ballon de stockage est placé en série, sur le retour d’eau glacée des batteries froides.
» le fonctionnement du groupe frigorifique est stable.

Posted By : 8 Juil, 2008

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les commerces

Zone de rangement en rayonnage

Il est utile de pouvoir connaître les niveaux d’éclairement recommandé suivant l’ergonomie de travail (le confort de la tâche de travail).

Dans la norme NBN EN 12464-1, on établit une nomenclature dans laquelle on retrouve pour différents locaux des bâtiments du tertiaire, entre autres, les paramètres suivants :

le niveau d’éclairement moyen Em à respecter au niveau de la tâche,
la valeur limite de l’UGR,
l’uniformité d’éclairement U_o minimale pour maintenir l’éclairement recommandé,
l’indice du rendu des couleurs des lampes Ra,
et des remarques spécifiques à des cas particuliers.

Zone de rangement en rayonnage

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Allées centrales : non occupées	20	–	0,40	40	Eclairement au niveau du sol.
Allées centrales : occupées	150	22	0,40	60	Eclairement au niveau du sol.

Magasin de vente au détail

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Zones de vente	300	22	0,40	80	–
Zones des caisses	500	19	0,60	80	–
Table d’emballage	500	19	0,60	80	–

Parcs de stationnement de voitures (couvert)

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Rampes d’entrée et de sortie (de jour)	300	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.
Rampes d’entrées et de sortie (de nuit)	75	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.
Voies de circulation	75	25	0,40	40	1. Eclairement au niveau du sol. 2. Les couleurs de sécurités doivent être identifiables.

Posted By : Sylvie 3 Juil, 2008

Exigences de base générales pour les lieux de travail

Depuis le 2 mai 2019, plusieurs articles du code du bien-être au travail ont été abrogés et remplacés par l’Arrêté royal fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre.

L’entrée en vigueur du nouvel Arrêté royal au 31 mai 2019, implique des modifications portant sur :

la définition du local de travail
sur les sources possibles de pollution et ses conséquences sur :

le niveau de CO
l’humidité
les changements de température
l’application de mesures de contrôle détaillées de la part de l’employeur

L’article 1er. L’article I.1-4 du code du bien-être au travail complète certains éléments comme la définition du « local de travail ». Il le définit par un local dans lequel se trouve un poste de travail.

Parmi les autres changements qu’implique cette modification, insistons sur les points qui concernent la ventilation aux articles III.1-34 et III.1-36 du code.

L’article III.1-34 précise désormais les sources possibles de pollution telles que :

la présence et l’activité physique de personnes
la présence de produits et matériaux dans les locaux de travail, tels que des matériaux de construction, le revêtement du sol et les décorations, le mobilier, les plantes et animaux, les équipements techniques, les appareils, outils et machines présents
l’entretien, la réparation et le nettoyage des lieux de travail
la qualité de l’air apporté par infiltration et ventilation, pollution et fonctionnement des systèmes de ventilation, de traitement de l’air et de chauffage.

Alors qu’il n’était imposé, lors de l’arrêté de 2012, qu’un renouvellement suffisant de l’air afin de garantir sa bonne qualité sur le lieu de travail, aujourd’hui, l’employeur est tenu d’analyser les risques de pollution de l’air et leurs sources via :

des inspections visuelles
le contrôle des installations et des documents avec la possible participation des travailleurs
des mesurages et / ou calculs si nécessaires

Alors que l’article 36 prévoyait uniquement que l’employeur prenne les mesures techniques et organisationnelles nécessaires pour que la concentration de CO dans les locaux de travail soit inférieure à 800 ppm, à moins qu’il ne puisse démontrer que c’est impossible pour des motifs objectifs et dûment justifiés et que, dans tous les cas, la concentration de CO dans ces locaux de travail ne peut jamais dépasser 1200 ppm, l’article 34 détaille désormais :

les limites de concentration de CO2 à ne pas dépasser, généralement inférieure à 900 ppm
le cas échéant, un débit de ventilation prescrit un minimum de 40 m3 d’air par heure et par personne présente
le type de mesures à prendre

En dérogation au premier alinéa, l’employeur est soumis à des exigences spécifiques s’il ne peut pas garantir une concentration de CO2 dans les locaux de travail inférieure à 1200 ppm ou qu’un débit minimal de ventilation de 25 3 par heure et par personne soit respecté :

1° Il doit démontrer des résultats d‘analyse de risques. En effet, les travailleurs doivent bénéficier d’un niveau équivalent ou meilleur de protection en ce qui concerne la qualité de l’air intérieur, du fait que les sources de pollution visées au § 2, 2° à 4° soient éliminés ou considérablement réduits, par exemple par l’utilisation de matériaux à faible émission.
2° L’employeur a demandé l’avis préalable du conseiller en prévention compétent et du comité.
La concentration de CO2 dans les locaux de travail est considérée comme étant généralement inférieure à 900 ppm ou 1200 ppm respectivement, si la concentration de CO2 reste inférieure à cette valeur pendant 95 % de la durée d’utilisation, calculée sur une durée maximale de 8 heures, et en supposant une concentration extérieure de 400 ppm. Si les mesures indiquent que la concentration extérieure dépasse 400 ppm, la différence entre 400 ppm et la concentration extérieure réelle peut être prise en compte.

Le paragraphe 4 concerne les locaux de travail qui concernent des bâtiments ou parties de bâtiments, construits, transformés ou rénovés avec un permis de bâtir demandé après le 1er janvier 2020. Dans ce cas de figure, l’employeur prend les mesures techniques et/ou organisationnelles nécessaires pour satisfaire aux exigences fixées au § 3.

S’il ne savait pas correspondre aux exigences en question, l’employeur doit établir :

un plan d’action en collaboration avec le conseiller en prévention
des mesures à court, moyen ou ou long terme
un calendrier de mises en œuvre de ces mesures

Le but étant de veiller à améliorer la qualité de l’air et à satisfaire aux exigences fixées au § 3 à brève échéance. Les résultats de l’analyse des risques visée au § 2 et le plan d’action devront être repris dans le plan global de prévention.

L’article III.1-36 du code du bien-être au travail a également été modifié. Il ne suffit plus à l’employeur de veiller à des locaux de travail disposant d’air neuf en quantité suffisante. L’art. 36 se voit ajouter des mentions sur le taux d’humidité dans l’air :

Au paragraphe 2, les systèmes avec des installations d’humidification ou de déshumidification doivent garantir une humidité relative dans l’air sur une journée de travail comprise entre 40 et 60 % sauf si ce n’est pas possible pour des raisons techniques ou liées à l’activité professionnelle dans ce même local. Ces dernières raisons devront être dûment justifiées par l’employeur.

En effet, une exception permet donc que le taux d’humidité de l’air se situe entre 35 et 70 % à condition que l’employeur démontre que l’air ne contient aucun agent chimique ou biologique qui comporterait un risque pour la santé et la sécurité des personnes présentes sur le lieu de travail.

Tel que le prévoyait déjà la modification de l’arrêté de 2012, les articles suivants restent en vigueur :

Art. 37. L’aération se fait de façon naturelle ou au moyen d’une installation d’aération.

Art. 38. Si une installation d’aération est utilisée, notamment des installations de conditionnement d’air ou de ventilation mécanique, celle-ci doit répondre aux conditions suivantes :

1° elle est construite de façon à ce qu’elle disperse de l’air neuf, qui est répandu de façon homogène dans les locaux de travail ;

2° elle est construite de façon à ce que les travailleurs ne soient pas exposés à des nuisances dues aux fluctuations de température, aux courants d’air, au bruit ou aux vibrations ;

3° elle est conçue de façon à ce que l’humidité relative moyenne de l’air pour une journée de travail soit comprise entre 40 et 60 %, à moins que cela ne soit impossible pour des raisons techniques ;

4° elle est entretenue de façon à ce que tout dépôt de souillure et toute pollution ou contamination de l’installation soit évité ou que cette souillure puisse être éliminée rapidement ou que l’installation puisse être assainie, afin que tout risque pour la santé des travailleurs dû à la pollution ou à la contamination de l’air respiré soit évité ou réduit ;

5° un système de contrôle doit signaler toute panne ;

6° l’employeur prend les mesures nécessaires pour que l’installation soit contrôlée régulièrement par une personne compétente, de sorte qu’elle soit en tout temps prête à l’emploi.

L’humidité relative de l’air visée à l’alinéa 1er, 3° peut se situer entre 35 et 70 % si l’employeur démontre que l’air ne contient aucun agent chimique ou biologique qui puissent constitué un risque pour la santé et la sécurité des personnes présentes sur le lieu de travail.

Art. 39. Les dispositions des articles 36 à 38 ne portent pas préjudice à l’obligation de prévoir des systèmes de ventilation et d’aspiration spécifiques dans les cas visés dans les dispositions des autres arrêtés pris en exécution de la loi qui concernent des risques spécifiques.

Le RGPT précise toujours que :

Art. 52.10.7 Précaution contre les incendies, …
En cas d’incendie, les escaliers mécaniques et les installations de chauffage et de conditionnement d’air doivent être arrêtés.

Posted By : 1 Juil, 2008

Choisir entre les différents types de programme de maintenance

Planifier la maintenance, pourquoi ?

Lorsque l’on planifie une maintenance, on désire définir :

le surdimensionnement initial de l’installation
l’intervalle de temps entre deux nettoyages des luminaires
l’intervalle de temps entre deux nettoyages des parois
l’intervalle de temps entre deux relamping (remplacement de toutes les lampes)

La détermination de ses valeurs passent par le calcul des paramètres suivants :

LLMF = facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe
LSF = facteur de survie de la lampe
LMF = facteur de maintenance du luminaire
RSMF = facteur de maintenance des parois du local
MF = facteur de maintenance de l’installation (MF=LLMF.LSF.LMF.RSMF)

En effet, il est toujours nécessaire de surdimensionner un système d’éclairage. La quantité de lumière émise va en effet diminuer au cours du temps, et cela pour plusieurs raisons (vieillissement de l’appareillage, encrassement des luminaires…). Dans les calculs, ce surdimensionnement est pris en compte via le facteur de maintenance MF :

Emoyen initial = Emoyen requis / MF

Avant de procéder à un relamping, il sera possible d’améliorer l’efficacité en service de l’installation, de retrouver une partie de son efficacité en pratiquant un nettoyage des luminaires ou des parois du local.

Enfin, quand l’efficacité du système sera devenue trop faible, il y aura lieu d’effectuer un relamping. Celui-ci devra permettre de restituer à l’installation une efficacité proche de celle qu’il avait initialement.

Le processus menant à la détermination de ces différents facteurs peut être schématisé comme suit :

Le but du jeu étant d’optimiser la valeur du facteur de maintenance tout en définissant des intervalles de temps cohérents. Ce processus devra être réalisé pour toute nouvelle conception. En effet, il n’existe malheureusement pas de recette miracle pour planifier la maintenance.

Une fois la valeur de facteur de maintenance déterminée, celle-ci peut être utilisée dans un logiciel de simulation de l’éclairage (par exemple Dialux) pour définir le nombre de lampes et de luminaires utilisés. À partir de ces valeurs, il est possible de faire l’étude économique de chaque système et de son programme de maintenance, et ainsi de déterminer le meilleur d’entre eux.

À défaut des valeurs issues des catalogues, le CSTC et la CIE ont publié des rapports reprenant les valeurs (LLMF, LSF, LMF, RSMF) à utiliser pour planifier la maintenance d’un système d’éclairage. Ces dossiers donnent les valeurs moyennes à utiliser et, comme expliquer par la suite, il y a lieu de modifier ses valeurs pour tenir compte de la valeur de la durée de vie moyenne d’une lampe en particulier.

La maintenance préventive

Application

Ce type de programme peut être envisagé pour les grandes installations, lorsqu’il est acceptable qu’un certain nombre de lampes des lampes soit hors services.

Procédure

Le renouvellement des lampes (relamping) est réalisé avant la fin de leur durée de vie moyenne et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. La périodicité de ce renouvellement peut être fixée en fonction de deux critères de planification complémentaires. Le système est composé de deux catégories de lampes, celles hors services et celles ayant brulé un certain nombre d’ heures.

Critères de planification

Deux critères complémentaires peuvent être utilisés ici :

Le flux lumineux minimum émis par l’ensemble de l’installation (produit du facteur de maintenance du flux lumineux de la lampe (LLMF) et du facteur de survie des lampes (LSF).

Le pourcentage admissible de lampes défectueuses. Ce critère, en plus d’influencer l’efficacité du système d’éclairage, a un impact certain sur l’esthétique de l’installation. Si on opte pour ce type de programme de maintenance, il faut garder à l’esprit qu’il ne sera pas possible de conserver un système sans lampes défectueuses pendant toute la période précédent le relamping.

La maintenance curative

Application

Ce type de programme est en général utilisé pour les installations où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service. Il sera facilement mis en œuvre pour de petites installations. Un relamping complet de l’installation sera néanmoins tôt ou tard obligatoire (vieillissement de l’appareillage, notamment électrique, équipement dépassé, …)

Procédure

Les lampes défectueuses et l’appareillage électrique défaillant sont remplacés au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brulé un nombre d’heures différent.

La maintenance mixte

Application

Ce type de programme est en général mis en place dans le cas d’installation où il n’est pas acceptable que certaines lampes soient hors service et où l’on désire planifier un relamping régulier.

Procédure

Une combinaison des deux procédures précédentes. Les lampes défectueuses sont remplacées au coup par coup et un nettoyage des luminaires est planifié de manière régulière. Le système est donc constamment constitué de lampes ayant brûlé un nombre d’heures différent. Un relamping est prévu à intervalle fixe.

Critère de planification

Étant donné que les lampes hors services sont continuellement remplacées, le flux lumineux restant de l’ensemble de l’installation (cf. ci-dessus) tendra vers une certaine valeur. Cette valeur est dans la plupart des cas acceptable, comme le montre le graphique suivant (1 000 h de fonctionnement par an). Cette valeur ne servira généralement pas de critère de planification.

LLMF : facteur de maintenance du flux lumineux de l’installation

(flux en service) = (flux initial) . LLMF

Les valeurs indiquées ici sont des moyennes.

Les lampes aux halogénures métalliques font exception. Dans ce cas, pour contrer les effets de la diminution de leur flux lumineux, il serait par exemple nécessaire de surdimensionner l’installation (sensée fonctionner au moins 18 000 h) de 35 %, ce qui du point de vue de l’énergie est inacceptable. Dans ce cas, un relamping devra être envisagé avant que le facteur de maintenance du flux lumineux ne descende sous une certaine valeur (NB : énergétiquement les lampes fluocompactes deviendraient dans le cas contraire plus efficaces, avec une efficacité lumineuse moyenne en service de 56.07 lm/W (0.89*63) contre 55.42 lm/W (0.68*81.5) pour les halogénures métalliques).

Pour les autres lampes, le critère de planification sera plutôt le pourcentage de lampes changées avant relamping. Ce critère influencera essentiellement le bilan économique de l’installation. Il peut par exemple sembler naturel d’effectuer un relamping juste avant la fin de vie moyenne des lampes. En effet, c’est vers cette période que le plus grand nombre de lampes devra être remplacé. Une autre manière de faire est d’envisager un relamping avant que X % des lampes n’ait été changé. C’est ce que montre le graphique suivant dans le cadre d’un système fictif.

Éviter les consommations excessives liées au surdimensionnement

La surconsommation initiale n’est pas une fatalité. Les choix relatifs au mode de gestion de l’éclairage ou le recours à des technologies proposées par certains constructeurs permettent d’économiser l’énergie liée au surdimensionnement. Le principe est à chaque fois le même, dimmer les luminaires de manière à ne fournir que le niveau d’éclairement nécessaire :

Gestion classique : les luminaires sont alimentés à puissance constante, le niveau d’éclairement varie d’une valeur excessive à la valeur à maintenir.

Gestion avancée : les luminaires sont alimentés à puissance variable de manière à toujours fournir exactement le niveau d’éclairement nécessaire. La puissance est déterminée soit en temps réel par mesure de la luminance, soit par calcul théorique.

Mesure de la luminance au niveau de chaque luminaire

Une manière de lier l’éclairage artificiel à l’éclairage naturel est d’équiper chaque luminaire muni d’un ballast électronique dimmable d’un capteur qui mesure la luminance. Le capteur agit directement sur le ballast du luminaire et régule le flux lumineux pour maintenir en permanence l’éclairement recommandé. (Il existe également des systèmes à régulation centrale, mais ce système a l’avantage d’être très simple et bon marché. Il faudra néanmoins réaliser la phase de réglage initiale avec soin !)

Quand ce genre de système est choisi, il permet de limiter la surconsommation initiale. En effet, le réglage sera réalisé de manière à fournir les lux suffisant sur le plan de travail. Le vieillissement et l’encrassement des appareils conduiront à une baisse du niveau d’éclairement qui sera compensée par l’augmentation du flux émis par la lampe.

Bien sûr il est toujours nécessaire de surdimensionner l’installation et donc de réaliser une planification correcte de la maintenance.

Par calcul théorique

Certaines firmes proposent des solutions basées sur des calculs théoriques. Les ballasts à commande numérique sont alors commandés selon une fonction qui assure un niveau d’éclairement constant et consomment uniquement l’énergie minimale nécessaire.

Selon un des constructeurs, sur 15 ans, cette méthode permet d’économiser jusqu’à un tiers des frais d’exploitation des luminaires. Nous n’avons pu nous procurer les études ayant conduit à la détermination des modèles théoriques, il nous est donc difficile de nous prononcer plus favorablement pour ce genre de solution. Quoi qu’il en soit, cette piste d’économie très intéressante est à explorer.

À noter que ce genre de fonction, comme il se base sur des calculs théoriques, sera moins précis que la technique de mesure de la luminance. En effet, à l’intérieur d’une famille de lampes, les différents spécimens posséderont déjà des caractéristiques pouvant être fortement différentes.

Posted By : Didier 26 Juin, 2008

Liaison froide [Froid alimentaire]

En liaison froide, les plats sont préparés en cuisine centrale. Après cuisson, les denrées subissent une réfrigération rapide avant d’être stockées à basse température. Suivant la durée de conservation recherchée (quelques jours ou quelques mois), on procède à une liaison froide positive ou une liaison froide négative.

Liaison froide positive

Les plats se conservent au maximum pendant 6 jours*.

Après confection, les plats sont conditionnés en rations individuelles ou en plats collectifs, dans des barquettes fermées par thermosoudage.
Une cellule de refroidissement rapide abaisse la température au cœur des aliments de +65°C à +10°C en moins de 2 heures (y compris la durée de manutention).
Les barquettes sont placées dans une armoire ou chambre de stockage à une température oscillant entre 0 et +3°C.
Le transport à destination des restaurants satellites s’effectue en véhicules réfrigérants (+3°C) ou isothermes.
Sur chaque site, les produits sont entreposés en armoire réfrigérée (+3°C).
Avant consommation, ils subissent un réchauffement rapide à au moins 65°C à cœur, en moins d’une heure.

* : plus précisément, les plats se conservent :

3 jours, en règle générale.
5 jours pour certains produits.
1 jour pour certains produits tels que les crevettes.

Pour en savoir plus, voir « HACCP pour PME – Gemploux ».

Liaison froide négative

Elle est aussi appelée liaison surgelée.
Les plats se conservent pendant plusieurs mois.

Après confection, les plats sont conditionnés en rations individuelles ou en plats collectifs, dans des barquettes fermées par thermosoudage.
Une cellule de refroidissement rapide abaisse la température au cœur des aliments de +65°C à +10°C en moins de 2 heures (y compris la durée de manutention).
Les plats passent dans un tunnel de refroidissement rapide qui porte les températures des aliments de +10°C à -18°C en moins de 3 heures après la fin de la cuisson.
Le transport à destination des restaurants satellites s’effectue en véhicules réfrigérants (-18°C).
Sur chaque site, les produits sont stockés à -18°C.
Avant consommation, ils subissent un réchauffement rapide à au moins 65°C, en moins d’une heure.

Remarque : plutôt que de passer dans une cellule de refroidissement rapide puis un tunnel de refroidissement, les aliments peuvent aussi simplement passer dans une cellule de congélation rapide.

Avantages

C’est un mode de préparation très hygiénique. Les qualités nutritives sont conservées.

La fabrication et la consommation peuvent être dissociées dans le temps et dans l’espace. Ce qui permet une production en continu et donc une meilleure répartition des tâches sur la journée et sur la semaine de travail.

Elle permet d’ajuster les quantités préparées à celles commandées et limite donc les pertes.

Elle augmente le choix des consommateurs.

Elle permet le regroupement des achats (incidence sur les prix)

Inconvénients

L’investissement en équipement est élevé (environ 30 % supérieur à celui nécessaire à une liaison chaude). On ne peut pas tout servir. On ne peut pas servir de frites par exemple.

Posted By : Sylvie 13 Juin, 2008

Choisir un climatiseur individuel ou une armoire de climatisation

Quand opter pour un climatiseur individuel ?

Un climatiseur paraît bien adapté lorsque l’on cherche un refroidissement localisé à peu de frais. Mais ce système présente d’importantes limites : il ne permet pas la maîtrise de l’humidité et risque de créer un inconfort lié au flux d’air froid.

Ce dernier point s’explique comme suit : en conditionnement d’air, on cherche à assurer un écart de soufflage limité (écart entre la température de l’air soufflé et la température du local). On peut aller jusqu’à 10 °C d’écart (soit une pulsion d’air à 14 °C si le local est à 24 °C) mais on utilise alors des bouches à haut taux d’induction pour être sûr que le mélange avec l’air ambiant soit maximal. Dans un climatiseur par contre, le fabricant cherche à fournir une puissance maximale dans un encombrement minimal. L’évaporateur est donc de petite surface, … et travaille à très basse température ! L’air du local est fortement refroidi à son contact. Une « coulée » d’air froid risque alors de gêner fortement les occupants…

Ceci dit, c’est une solution facile lorsque quelques locaux sont à traiter, particulièrement en rénovation. Et le confort limité peut être accepté si le climatiseur est utilisé sporadiquement pour vaincre des périodes de surchauffe.

Lorsque des puissances plus grandes sont nécessaires par exemple pour des locaux de serveurs, on s’orientera vers les armoires de climatisation.

Choix du type de climatiseur

En fonction de la puissance frigorifique

À partir de la puissance frigorifique requise, on réalisera une première sélection parmi la typologie des climatiseurs de locaux.

La puissance frigorifique nécessaire permet déjà d’écarter quelques équipements :

appareil mobile : maximum 2,5 kW,
appareil plafonnier : minimum 2,5 kW,
appareil en toiture + gaines (rooftop) : minimum 5 kW.

Lorsque la puissance des appareils présents sur le marché ne correspond pas à la puissance frigorifique calculée, il est toujours préférable de choisir un appareil ayant une puissance juste inférieure plutôt que celui qui a une puissance supérieure.

En effet, les conditions extrêmes de température extérieures n’apparaissent que durant quelques jours par an. On peut donc se permettre un très léger inconfort durant cette période. De plus, un appareil plus petit aura des durées de fonctionnements plus longs, et donc un meilleur rendement.

En fonction de la performance acoustique

Les climatiseurs monoblocs et les climatiseurs de « fenêtres » présentent souvent de mauvaises caractéristiques acoustiques puisque condenseur et compresseur sont directement en contact avec le local à climatiser.

La performance acoustique va orienter le choix vers une configuration en split (le compresseur est à l’extérieur), puis vers un évaporateur en cassette (faux plafond), voire rechercher un placement de l’évaporateur dans un local annexe (couloir ?) afin de profiter en plus de l’absorption acoustique de la gaine.

À ce titre, on pourrait classer le choix en fonction de ses performances acoustiques de gauche à droite :

Mais ce critère sera affiné ci-dessous.

En fonction d’un éventuel découpage par zone

Il faut découper le local par zone, chaque zone étant desservie par une bouche de soufflage :

Si la surface du local est importante :

Un phénomène d’irrigation incomplète des locaux apparaît lorsque la distance de pénétration du jet (mentionnée par le fournisseur) est inférieure à la dimension de la pièce (dans la direction de soufflage). Il se forme alors un mouvement d’air en sens contraire (boucle secondaire) dans le fond du local, zone mal rafraîchie.

Dans ce cas un découpage du local en plusieurs zones s’impose.

Exemple : découpage d’un local rectangulaire suivant les zones d’influence des diffuseurs plafonniers circulaires.

Si un obstacle se trouve au plafond

Lorsque l’air est soufflé à proximité d’une surface (ex : soufflage horizontal à proximité du plafond), il se produit un effet d’adhérence du jet à la paroi : c’est l’effet « COANDA » (augmentation de 30% de la portée).

L’effet Coanda est très utile quand on pulse de l’air froid, car il facilite la bonne pénétration du jet dans le local.

La présence d’un obstacle perpendiculaire au jet d’air (poutre, luminaire) peut faire dévier prématurément le jet vers la zone occupée et engendrer un courant d’air désagréable.

En conséquence :

il faut souffler soit à partir de l’obstacle, soit parallèlement à celui-ci et diviser le local en zones correspondantes,

l’éclairage au plafond doit être soit encastré, soit suspendu avec une longueur de suspension de 0,3 m minimum,

on tiendra compte de la présence éventuelle de colonnes qui ne pourront se situer dans la trajectoire du jet.

Si le local présente une forme de L

La distance de pénétration ne peut dépasser 4 fois la hauteur de la pièce. Dès lors, pour les locaux forts en longueur (et a fortiori pour les locaux en L), on prévoira une position centrale ou un dédoublement des bouches.

Si l’apport de chaleur est très localisé

Si la source de chaleur est concentrée (équipement, vitrage, …) dans une partie du local, il est judicieux de traiter spécifiquement cette zone.

Par exemple si la production des calories est éloignée de la façade (local profond), le souci d’économie d’investissement qui conduirait au choix d’un système « window unit » entraînerait un inconfort dans la zone à refroidir.

S’il y a présence de zones fumeurs et non-fumeurs

La zone à destination des fumeurs doit être traitée si possible indépendamment de la zone non-fumeurs, notamment en prévoyant l’extraction dans l’espace fumeurs.

En fonction de la centralisation ou non du traitement

Les zones étant définies, il est nécessaire de fixer le mode de traitement de l’air.

Un traitement centralisé et une distribution de l’air par gainage sont envisagés :

si les besoins des locaux ou des zones sont similaires, car l’air est distribué à même température dans les différentes pièces,

si les locaux ou les zones ont des charges thermiques trop faibles par rapport aux puissances des appareils sur le marché,

si le passage des gaines est possible (présence de faux plafond, de local annexe),

si les locaux de travail exigent des critères acoustiques sévères.

Dans ces différents cas, un seul appareil de traitement alimentera plusieurs zones via un réseau de gaines de distribution. Cette centralisation entraînera souvent le placement de l’appareil hors des locaux de travail et la possibilité d’une absorption acoustique par le gainage.

Climatiseur avec gaines.

Un traitement décentralisé est envisagé :

si les locaux ont des besoins différents (orientation des fenêtres, par exemple),

si les parois extérieures sont perçables de manière à faire traverser les liaisons électriques et frigorifiques, ainsi que la tuyauterie d’évacuation des condensats.

On choisit dans ce cas, un traitement local par local au moyen d’appareils indépendants.

Un condenseur commun et plusieurs unités intérieures = multi-split.

Cette configuration n’exclut pas l’utilisation d’un système multi split.

Il est alors possible de diminuer la puissance à installer si on peut prendre en considération la non-simultanéité des besoins.

Choix d’ une armoire de climatisation

Tout comme les climatiseurs, les armoires de climatisation présentent, par rapport aux systèmes sur boucle d’eau ou d’air, l’avantage d’une très grande flexibilité d’implantation et de gestion. En termes de puissance frigorifique, on peut dépasser parfois la centaine de kW ce qui les différencie des climatiseurs de local. En termes de débit d’air, on atteint alors les 20 000 m³/h. Un des défauts majeurs est le bruit généré par cet équipement, à proximité des occupants…

Les armoires de climatisation se trouvent dans le traitement des salles informatiques, surtout lorsqu’elles constituent la seule demande du bâtiment. Lorsque le bâtiment comporte plusieurs armoires de ce type, il devient intéressant de les raccorder sur une boucle d’eau glacée, équipée d’un système centralisé d’évacuation de la chaleur. La même armoire peut climatiser plusieurs locaux (avec distribution de l’air traité par conduit) mais ces locaux doivent avoir des besoins semblables.

Techniques

Pour connaître plus en détail les caractéristiques technologiques et le fonctionnement des armoire de climatisation, cliquez ici !

Découvrez ces exemples concrets de système de climatisation : le Centre Hospitalier du Bois de l’Abbaye de Seraing et la climatisation et l’hôpital des Fagnes de Chimay.

Posted By : Sylvie 22 Mai, 2008

Tableau récapitulatif des principales caractéristiques

Types de lampe	Puissances (W)	Flux lumineux (lm)	Efficacité lumineuse (sans ballast) (lm/W)	IRC	T°de couleur (K)	Durée de vie utile (h)	Durée de vie moyenne (h)	Dimmable	Domaine d’application
Incandescente normale	7 à 300	21 à 4 850	3 à 19	100	2 700 (2 600 à 3 000)	Plus de 1 000**	1 000 (jusque 3 000 dans de rares cas)	oui	Domestique essentiellement Retrait du marché
Incandescente halogène *	5 à 500	60 à 9 900	12 à 28	100	3 000 (de 2 800 à 4 700)	Plus de 2 000**	2 000 (1 500 à 5 000)	oui	Domestique essentiellement Retrait du marché
Tube fluorescent	4 à 140	120 à 8 350	30 à 112	50 à 98	2 700 à 8 000	Plus de 20 000**	12 000 à 66 000	oui	Éclairage général des commerces et bureaux, éclairage industriel, sportif
Fluo- compacte culot à visser	5 à 30	150 à 2 000	30 à 67	82 à 85	2 700	Plus de 10 000**	10 000 (6 000 à 15 000)	oui certains produits spéciaux	En substitution aux incandescentes
Fluo- compacte culot à broche	5 à 120	250 à 9 000	42 à 82	80 à 98	2700 à 4 000	Plus de 10 000**	6 500 à 20 000	oui	Éclairage domestique et tertiaire
Halogénures métalliques	20 à 2 100	1 300 à 225 000	37 à 118	65 à 95	2 600 à 5 600	Plus de 6 000**	15 000 à 24 000	non	Éclairage tertiaire, accentuation dans les commerces, éclairage public, sportif et industriel
Sodium haute pression	35 à 1 000	3 400 à 130 000	35 à 150	25 à 81***	1 800 à 2 200	Plus de 30 000**	10 000 à 30 000**	oui	Éclairage routier, industriel, horticole, des salles et terrains de sport
Mercure haute pression	50 à 1 000	1 100 à 58 500	11 à 60	36 à 72	2 900 à 4 200	8 000**	20 000**	non	Éclairage industriel et extérieur
Sodium basse pression	18 à 185	1 800 à 32 000	100 à 200	–	1 800	–	Largement supérieur à 16 000	non	Éclairage autoroute
Induction	55 à 85	3 500 à 6 000	65 à 70	80 à 85	2 700 à 4 000	30 000 à 40 000	60 000	non	Anciennement éclairage intérieur et extérieur quand l’accès est difficile
Lampe LED	1 à 18	140 à 950	30 à 120	80 à 90****	2 700 à 4 000	Plus de 15 000	25 000 à 30 000	oui si le driver le permet	Éclairage domestique et tertiaire

* Parmi les lampes halogènes, quelques gammes présentent des puissances allant jusqu’à 2 000 W. Le flux émis peut alors atteindre 50 000 (lm), avec une efficacité lumineuse de seulement 25 lm/W. Il faudra faire attention aux surchauffes…

** Selon CIE 97:2005

*** Seule de rares gammes atteignent de telles valeurs d’Indice de Rendu des Couleurs (81). En général, l’IRC maximal des Sodium haute pression est de 65.

**** Mauvais rendu des tonalités rouges

Voici, un comparatif des performances lumineuses de différentes sources permettant de se faire une idée de l’orientation que risque de prendre le marché :

Ce dernier tableau permet de comparer les différents lots de lampes entre eux. On voit tout de suite que les incandescentes (standards et halogènes) présentent une mauvaise efficacité énergétique initiale, et qu’en plus, celle-ci diminuera très vite en fonctionnement par l’augmentation du pourcentage de lampes hors service et par la diminution du flux qu’elles émettent.

Les lampes les plus intéressantes seront celles présentant une courbe la plus haute et la plus horizontale possible !

Les halogénures métalliques bien que présentant une efficacité lumineuse initiale élevée deviennent rapidement moins efficaces que les tubes fluorescents. Leur efficacité se rapproche d’ailleurs rapidement de celle des fluocompactes.

Si le but est de changer le moins souvent possible les lampes, et donc de limiter les frais de maintenance en même temps que les frais liés à la consommation d’électricité on optera alors pour les sodiums haute pression (ou pour les lampes à induction…). On fera particulièrement attention à l’Indice de Rendu des Couleurs (IRC) et à la température de couleur. En effet, ces lampes ne présentent pas les meilleures performances pour ces deux aspects. Pour obtenir un indice de rendu des couleurs suffisant, il faudra se tourner vers les iodures métalliques à brûleur céramique.

Calculs

Pour comparer l’efficacité moyenne en service de différentes lampes correspondant à une situation précise.

Techniques

Pour en savoir plus sur les caractéristiques des LED.

Posted By : Sylvie 9 Mai, 2008

Répartition d’une consommation entre plusieurs entités

Répartition d'une consommation entre plusieurs entités

La situation de départ

Il arrive parfois que la même chaudière desserve des bâtiments occupés par des unités très différentes. Par exemple, une crèche et un centre sportif indépendants sont intégrés dans les bâtiments d’une école.

Comme il est toujours bon que chaque consommateur se sente responsable, il est utile de ventiler les consommations le plus fidèlement possible. Et puis cela évite les conflits…!

Quatre solutions

Si les circuits de distribution des radiateurs ne correspondent pas du tout au découpage des locaux par locataires, la solution la plus simple consiste à faire une répartition au prorata des m² chauffés. C’est simple, mais c’est forfaitaire… La motivation à « faire attention à ses consommations » n’est pas encouragée…

Si les bâtiments présentent des caractéristiques très différentes (un nouveau et un ancien bâtiment par exemple), il est possible de corriger quelque peu la méthode précédente. Partant du fait que les déperditions se font par les parois, l’idée est de pondérer la consommation totale par un facteur proportionnel à la qualité thermique des parois (coefficient U) et à leur surface (S).Supposons deux entités. On totalisera pour chacune les produits U*S de toutes leurs parois extérieures. La consommation de la première entité sera de :
Cons. 1 = Cons. totale x (U*S)₁ / (U*S)_total

De même :

Cons. 2 = Cons. totale x (U*S)₂ / (U*S)_total

Si le résultat est plus conforme aux consommations réelles des bâtiments, il ne tiendra toujours pas compte du fait que les occupants sont peut-être très économes dans l’entité 1 et gaspilleurs dans l’entité 2 !
Il est plus précis de placer des compteurs individuels sur les radiateurs (appelé calorimètres) : ceux-ci sont basés sur l’évaporation de l’eau contenue dans un petit capillaire. Plus le radiateur chauffe fort et longtemps, plus l’eau s’évapore. Le placement et le relevé annuel sont réalisés par une société spécialisée. Une répartition de la facture proportionnellement à la chaleur délivrée par chaque radiateur est alors possible.

Relevé de l’index d’un calorimètre.

Compteur de chaleur à installer entre les conduites aller et retour d’un circuit de chauffage.

Enfin, si chaque entité possède son circuit de chauffage (ou de refroidissement) propre, il est possible de placer un compteur d’énergie thermique entre le départ et le retour de chaque circuit. Cet appareil mesure le débit d’eau et la différence de température entre le départ et le retour. Le régulateur intègre ces valeurs et affiche l’énergie thermique en kWh ou en MJ. Cette solution est certainement la plus fiable, mais demande parfois la modification des circuits hydrauliques. Si grâce à cela la régulation du bâtiment peut être améliorée, cela en vaut la peine !

Posted By : Sylvie 8 Mai, 2008

Valoriser la fraîcheur de l’environnement [Esquisse du projet]

Valoriser la fraicheur de l’air extérieur

Le potentiel lié à la fraicheur extérieure

L’isolation des bâtiments élargit la période de refroidissement en mi-saison et en été. Ce besoin peut être pour une bonne part résolu en valorisant l’air extérieur lorsqu’il est plus frais que la consigne intérieure.

En moyenne, la température extérieure à Uccle est 98 % du temps inférieur à 24°C et ne dépasse 27° que 40 heures par an. En outre, en été, dans notre pays, la température nocturne minimale est inférieure de plus de 8°C à la température maximum diurne, et cette température extérieure nocturne est toujours inférieure aux plages de confort. Il existe donc un pouvoir rafraîchissant naturel important de l’air extérieur, sans traitement et donc sans coût énergétique autre que son transport.

Les profils de températures moyennes à Uccle montrent que la température extérieure est généralement inférieure à la température de confort.

Ce pouvoir rafraîchissant est cependant limité par deux facteurs : la faible capacité frigorifique de l’air extérieur et la quantité d’air pouvant être valorisée, qui est limitée par l’encombrement des gaines de ventilation, la taille des ouvertures en façade, le risque de générer un courant air.

Ainsi, imaginons un local à 26°C avec une charge thermique (élevée) de 60 W/m² (ordinateur, éclairage, occupants, ensoleillement, …) ou 20 W/m³ (si la hauteur sous plafond est de 3 m). La température de l’air extérieur est de 20°C. Calculons le débit nécessaire pour évacuer la chaleur d’un m³ du local :

débit = 20 [W/m³] / (0,34 [W/(m³/h).K] x 6 [K]) = 9,8 [renouv./h]

où,

0,34 W/m³.K est le pouvoir calorifique de l’air et 6 K est la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur

Il faudrait donc un taux de renouvellement horaire de 9,8 : chaque heure, l’air du local serait renouvelé 10 fois ! en dehors de la difficulté technique, cela génère un climat peu confortable…

En pratique, la fraîcheur de l’air extérieur peut être valorisée de trois façons : par une ventilation intensive naturelle (free cooling naturel), par l’intégration d’air frais dans le système de conditionnement d’air (free cooling mécanique), et par le refroidissement direct des boucles d’eau froide (free chilling).

Données

En savoir plus sur le climat belge ?

L’exploitation de l’air extérieur par ventilation naturelle (free cooling naturel)

La ventilation intensive estivale (ou free cooling naturel), vise le refroidissement passif du bâtiment par l’ouverture de sa façade. L’objectif est soit de compenser en journée les charges internes et solaires, soit de « décharger » et refroidir pendant la nuit la masse du bâtiment, afin que cette masse puisse limiter la montée en température le lendemain.

La ventilation intensive est efficace en journée si l’air extérieur n’excède pas la température intérieure, mais n’est pas non plus trop froid, pour éviter la sensation de courant d’air, ce qui limite son usage en mi-saison. De plus, il restera toujours les 40 heures, soit de 5 à 10 journées de travail par an, où la ventilation ne ferait qu’empirer les choses puisque la température extérieure est supérieure à la température intérieure. Le refroidissement par ventilation de jour peut donc être une solution en mi-saison, mais a ses limites en été.

Le refroidissement par ventilation de nuit par contre conserve son efficacité toute l’année, sauf canicule extrême. Malgré tout, pour qu’un free cooling permette de se passer de climatisation en journée, il faut assurer durant la nuit, un taux de renouvellement d’air nettement plus important que le taux de ventilation hygiénique : au minimum 4 [vol/h] par rapport à 1 [vol/h].

Au-delà de l’économie d’énergie qui en résulte, c’est une certaine qualité de vie qui est recherchée : absence de système sophistiqué de climatisation, … et plaisir de pouvoir ouvrir sa fenêtre et d’entrer plus en contact avec l’environnement extérieur.

Techniques

En savoir plus sur la ventilation intensive d’été ?

L’intégration de l’air frais dans le système de conditionnement d’air (free cooling mécanique)

La climatisation est parfois nécessaire (charges thermiques élevées, consignes intérieures strictes de température et d’humidité, …).

On sera alors attentif au fait que le système installé n’exclue pas le refroidissement naturel : dès que la température extérieure descend, elle doit pouvoir supplanter la climatisation mécanique. Idéalement, celle-ci ne devrait plus servir que dans les périodes de canicule.

Tout particulièrement, dans les locaux refroidis toute l’année (locaux intérieurs, locaux enterrés, …) et dans les locaux à forte occupation de personnes (salles de conférence, locaux de réunion, …), il est dommage de faire fonctionner la climatisation en hiver et en mi-saison. On privilégiera les systèmes « tout air » à débit variable.

Durant les nuits d’été, le bâtiment peut facilement être refroidi par le balayage de l’air extérieur (l’installation fonctionne alors en « tout air neuf »). Et en mi-saison, l’air extérieur assure seul le refroidissement par mélange avec l’air recyclé.

Bien sûr, la consommation du ventilateur ne doit pas dépasser celle de la machine frigorifique ! La perte de charge du réseau de ventilation (pulsion, extraction et recyclage) doit rester faible. Il faut prévoir la place pour de larges conduits.

Concevoir

En savoir plus sur le choix du mode de gestion du débit d’air neuf ?

L’utilisation de l’air frais comme source froide d’une installation de refroidissement (free chilling)

Aussi curieux que cela puisse paraître, de nombreuses machines frigorifiques fonctionnent en hiver. Pour assurer le refroidissement de la salle informatique, pour refroidir le cœur du bâtiment surchauffé par les équipements, …

La première réaction est d’imaginer de scinder la production de froid : une petite machine couvre les besoins permanents de la salle informatique, par exemple. Et la grosse machine est mise à l’arrêt en hiver, tout en pouvant jouer le rôle de groupe de sécurité en cas de défaillance de la première.

La deuxième réaction est d’analyser si le circuit d’eau glacée ne pourrait pas être refroidi directement par l’air extérieur, en by-passant la machine frigorifique. Si le fonctionnement est continu tout l’hiver, cela en vaut sûrement la peine (c’est le cas pour un groupe qui refroidirait des locaux de consultations situés en sous-sol d’un hôpital, par exemple).

Lorsque la température extérieure descend sous les 8 à 10°C, on peut fabriquer de l’eau glacée sans utiliser le groupe frigorifique. L’eau peut-être directement refroidie par l’air extérieur. La machine frigorifique est alors mise à l’arrêt.

L’économie d’énergie est évidente ! La rentabilité du projet est d’autant plus élevée que les besoins de refroidissement sont importants en hiver et que l’installation s’y prête.

Toutes sortes de configurations sont possibles en intercalant dans la boucle d’eau glacée soit un aérorefroidisseur (en parallèle ou en série avec le groupe frigorifique) soit une tour de refroidissement (ouverte ou fermée) ou encore un échangeur à plaque couplé avec une tour de refroidissement.

Aérorefroidisseur monté en série avec un évaporateur

Concevoir

En savoir plus sur la mise en place d’un free-chilling ?

Valoriser la fraicheur du sol

Le sol présente un potentiel important pour rafraichir les bâtiments. Sa température est, en été, moins élevée et surtout plus stable que celle de l’air extérieur. Une masse de sable, d’argile ou de roche présente en outre une capacité calorifique importante.

La température moyenne mensuelle est amortie et déphasée par rapport aux températures extérieures. Le sol présente donc un potentiel de rafraichissement particulièrement intéressant au printemps et en été, lorsque la température extérieure est plus élevée.

Les propriétés thermiques du sol dépendent des propriétés de ses constituants et de leurs proportions. Quelques ordres de grandeur :

nature des constituants	Conductivité thermique (W/m°c)	Capacité calorifique volumique Cp(Wh/m3°c)	Diffusivité thermique (m2/h
constituants minéraux	2,92	534	0,0054
constituants organiques	0,25	697	0,00036
eau	0,59	1 163	0,00050
air	0,025	0,34	0,0756

Frédéric Chabert « Habitat enterré » (1980).

La conductivité thermique des sols varie de 1 à 5 selon qu’il est sec ou saturé. La capacité thermique moyenne des sols varie elle de 1 à 3.
L’exploitation de la fraicheur du sol se fait en y organisant un échange de chaleur par le passage contrôlé d’air ou d’eau. Lorsqu’il s’agit d’un échangeur air-sol, on parle de puits canadiens ou provençaux. Lorsqu’il s’agit d’un échangeur eau-sol, on parle de geocooling, une appellation qui, strictement, devrait également recouvrir les puits canadiens.

Parmi les diverses solutions d’échangeur eau-sol, notons l’exploitation du sol sous la dalle de fondation (attention à la puissance qui peut rester alors faible…),

ou dans les pieux de fondation :

Des échangeurs de type forage vertical, indépendants de la structure du bâtiment, sont également possibles.

Une autre possibilité est d’utiliser l’eau des nappes phréatiques souterraine au moyen, en la pompant pour la conduire vers un échangeur de chaleur eau-eau, mais cette technique peut générer des problèmes de nature hydraulique dans le sol (déséquilibres des nappes phréatiques, pollutions).

Un des grands intérêts des techniques de geocooling est que le niveau de température concerné (de 5 à 15°C) est intéressant tant :

Pour le refroidissement direct : un échange de chaleur, par l’intermédiaire de boucles d’eau, entre le bâtiment est le sol), en vue d’alimenter un système de refroidissement par dalle ou par plafond froid.
Pour le refroidissement indirect : valoriser le sol comme source froide de la machine frigorifique, quel que soit le système de distribution et d’émission dans le bâtiment.
Que pour le chauffage par pompes à chaleur. En pratique, on n’envisagera pas de valorisation thermique du sol uniquement pour le refroidissement estival. L’investissement en pompages ou forage ne se fera que si le sol peut être valorisé au maximum de son potentiel, c’est-à-dire tant en refroidissement l’été qu’en chauffage l’hiver. Le géocooling est donc intimement lié à la géothermie.

Pour en savoir plus :

Concevoir	Choisir une production de froid « alternative » : geocooling
Concevoir	Choisir un système rayonnant sur boucle d’eau froide : plafond froid et dalle active.
Concevoir	Le choix de la source de chaleur du chauffage par pompe à chaleur.

Techniques

Le géocooling.

Valoriser la physique de l’air humide

Le contenu énergétique de l’air est lié à la fois à sa température et à son humidité. En effet, la présence de vapeur d’eau dans l’air représente une forme d’énergie latente, égale à la quantité d’énergie nécessaire pour vaporiser ou condenser cette eau. La somme de l’énergie sensible (liée à la température) et de l’énergie latente (liée à l’humidité) est appelée enthalpie. Cette quantité d’énergie est importante, puisque la chaleur de vaporisation d’un litre d’eau est de 2 257 kJ/kg (à la pression atmosphérique et à 100 °C). Soit 5,4 fois plus que pour chauffer le litre d’eau de 0 à 100 °C ! Elle est cependant limitée par la quantité maximale de vapeur que l’air peut contenir, qui dépend de sa température.

Le diagramme psychrométrique est l’outil indispensable pour visualiser et mesurer ces quantités d’énergie. L’enthalpie est représentée sur l’axe diagonal à gauche du diagramme. On constate que le niveau d’enthalpie est équivalent pour un air à 30 °C et 30 % d’humidité relative et pour un air à 17 °C et 100 % d’humidité relative. Autrement dit, si l’on arrive à créer des transferts entre l’énergie sensible et l’énergie latente d’une masse d’air, on devrait être en mesure de créer de l’air froid (et humide) au départ d’air chaud (et sec). Et cela sans grande consommation d’énergie, puisque l’enthalpie de l’air serait conservée.

Comment réaliser ce petit miracle ? Simplement en humidifiant l’air.
En pratique, deux types d’applications ont été développées pour valoriser ce principe physique.
Le premier dispositif se trouve dans l’architecture vernaculaire de nombreuses cultures, mais fut particulièrement développé par les Perses. Ils combinaient des tours à vent (« bagdir ») avec locaux servant de glacières (« yakh-chal ») souvent reliées à un canal souterrain (« qanat »). Par cet ensemble de dispositifs, ils étaient capables de conserver des aliments et rafraîchir des bâtiments dans un climat particulièrement chaud. Marco-Polo, lors de son premier voyage en orient, se serait vu offrir des glaces en plein été !

Plus récemment, l’idée de refroidir de l’air par humidification a été appliquée dans des groupes de traitement d’air. On parle alors de refroidissement adiabatique. Une différence majeure avec la solution imaginée par les Persans : ici c’est l’air extrait du bâtiment que l’on refroidit par humidification. Un échangeur de chaleur air-air permet ensuite de rafraîchir l’air neuf au contact de l’air extrait. Nos ambiances sont déjà suffisamment humides en été que pour éviter d’y pulser un air saturé !
Pour en savoir plus :

Théories	Les grandeurs hygrométriques.
Concevoir	Choisir une production de froid « alternative » : refroidissement adiabatique et climatisation solaire.

Valoriser le soleil

Paradoxalement, la chaleur du soleil peut être utilisée pour rafraichir un bâtiment… pour autant que l’on dispose de l’équipement adéquat.

Généralement, produire du froid implique l’usage d’une machine frigorifique. Celle-ci se compose de deux échangeurs de chaleur (condenseur et évaporateur), d’un détendeur et d’un compresseur électrique. Pas de place pour l’énergie solaire là-dedans, si ce n’est au travers de capteurs photovoltaïques.

Mais il existe un autre type de machine frigorifique, dit « à ab/adsorption« . Là, l’échange thermique est basé à la fois sur la vaporisation d’un réfrigérant (de l’eau) et sur la capacité de certaines substances à absorber la vapeur d’eau pour la restituer à un niveau de pression différent lorsqu’ils sont échauffés. Le cycle de cette matière absorbant joue le rôle du compresseur dans une machine frigorifique traditionnelle, tout en demandant une alimentation en chaleur plutôt qu’en électricité. Or, qui dit soleil dit chaleur ! La combinaison de capteurs solaires thermiques et d’une machine frigorifique à ab/adsorption constitue ce que l’on appelle une « climatisation solaire », une idée séduisante si les besoins de froid du bâtiment sont liés aux gains solaires.

Pour en savoir plus :

Concevoir

Choisir une production de froid « alternative » : refroidissement adiabatique et climatisation solaire.

Posted By : 24 Avr, 2008

Choisir les ballasts et les « drivers »

Les ballasts pour lampes fluorescentes

Techniques

En conception, choix s’effectue entre 3 types de ballasts :

électronique avec préchauffage,
électronique sans préchauffage,
électronique gradable ou dimmable.

BE pour tube T8, BE pour tube T5, BED pour tube T5.

BE : ballast électronique
BED : ballast électronique « dimmable »

En fonction de la durée d’utilisation

En conception, il est illusoire de vouloir faire une comparaison de performance entre un ballast électromagnétique et un ballast électronique. En effet, le ballast électronique a une consommation propre plus faible que le ballast électromagnétique et augmente la durée de vie des lampes. Le ballast électromagnétique à très faible perte reste sur le marché uniquement pour des circonstances où le ballast électronique n’est pas à recommander (p.ex. certains environnements industriels).

Il faut cependant savoir qu’un ballast électronique implique un risque de défectuosité plus grand qu’un ballast électromagnétique. Ceci est normal étant donné le nombre de composants de ces ballasts. Il faut donc choisir des ballasts de qualité, éprouvés sur le marché.

Des ballasts électroniques à préchauffage doivent être placés dès que l’installation est susceptible d’être allumée et éteinte plus de 2 fois par jour.

Ce n’est que dans le cas d’une utilisation absolument continue des lampes que le ballast électronique sans préchauffage peut être utilisé. En outre, toutes les marques de lampe ne peuvent fonctionner correctement avec tous les ballasts électroniques. Chaque ballast est conçu pour une résistance donnée des électrodes du tube fluorescent. On peut ainsi avoir un taux de défectuosité important des lampes uniquement parce que la marque des tubes fluorescents utilisés n’est pas compatible avec la marque du ballast choisi. Au moment de l’installation, il est difficile de vérifier si ce problème est présent. On peut cependant se renseigner auprès du fabricant (de luminaires ou de ballasts) pour savoir si le ballast proposé a été développé pour les lampes choisies.

En fonction de l’apport de lumière naturelle

Lorsque les locaux bénéficient d’un pourcentage standard d’ouverture dans la façade de 40 .. 60 %, le fait de placer des ballasts électroniques dimmables permet de tabler sur des économies d’énergie de l’ordre de 30 .. 50 % pour la rangée de luminaires proche des fenêtres et 15 .. 30 % pour la rangée contiguë en cas de gestion appropriée.

La rentabilité du système de gestion dépendra bien entendu, du tarif électrique appliqué au bâtiment.

Calculs

Pour estimer le gain réalisé en plaçant des ballasts électroniques dimmables : cliquez ici !

Par rapport à la classe énergétique définie dans la directive 2000/55/CE

Pour les ballasts électroniques, on impose que la catégorie énergétique soit au minimum A3.

Pour assurer plusieurs niveaux d’éclairements et/ou éviter le suréclairement

Dans certaines situations, il est intéressant de placer des ballasts électroniques dimmables. Ceux-ci, raccordés à un simple dimmer permettent, après installation, d’ajuster le niveau d’éclairement en fonction des réactions des utilisateurs ou des besoins réels. Par exemple, dans les salles de sports utilisées pour la compétition, on doit assurer plusieurs niveaux d’éclairement.

Si les luminaires ne sont pas prévus pour allumer un nombre différent de lampes par luminaire, les différents niveaux peuvent être atteints par « dimming« . Dans ce cas, on devra opter pour des ballasts électroniques dimmables.

Ceux-ci permettent d’ajuster le niveau d’éclairement en fonction des besoins. En outre, on limite ainsi le surdimensionnement inévitable des nouvelles installations.

Pour assurer une plus grande sécurité

Beaucoup de machines, dans les ateliers, ont des mouvements périodiques. L’utilisation de lampes fluorescentes ou à décharge (au sodium haute pression, aux iodures métalliques,…) risquent, si elles sont alimentées à la même fréquence que les machines, de provoquer des illusions d’optiques très dangereuses pour l’utilisateur. Ce phénomène s’appelle l’effet stroboscopique : si une machine tourne à la même fréquence que le clignotement des lampes (par exemple 50 Hz), on aura l’impression qu’elle est immobile, ce qui peut provoquer des accidents très graves.

Machine tournante éclairée par une lampe avec ballast haute fréquence (à gauche) et éclairée par une lampe avec ballast 50 Hz (à droite).

Pour éviter cela, on choisira de nouveau les ballasts électroniques qui, contrairement aux ballasts électromagnétiques traditionnels, fonctionnent eux à haute fréquence (plus de 25 kHz).

En cas d’hésitation

Certains constructeurs proposent des luminaires intelligents possédant un grand nombre de fonctions qui sont initialement bloquées (gradation, régulation en fonction de la lumière du jour, …). Celles-ci peuvent être activées par après grâce à l’utilisation de l’interface standard DALI.

Ce genre de système présente deux gros avantages :

Le coût de base du luminaire correspond aux fonctions disponibles initialement. Chaque ajout de fonctions devra être payé par après.
Lorsque l’on veut ajouter des fonctions au système d’éclairage, il n’est plus nécessaire de réaliser des travaux importants et coûteux de remplacement des luminaires et de câblage. La fonction est simplement débloquée grâce à une extension logicielle.

Particularité des hôpitaux

La lampe fluorescente et son ballast produisent des ondes électromagnétiques. Celles-ci sont accentuées avec l’utilisation de ballasts électroniques. Elles peuvent perturber le fonctionnement des appareils électroniques de précision (électro-encéphalogramme, électro-cardiogramme, …). C’est pourquoi leur utilisation peut parfois poser des problèmes dans les salles d’opération, les soins intensifs, … Ce problème est encore plus critique pour les lampes fluocompactes à ballast incorporé car celui-ci n’est pas déparasité.

Pour limiter les risques, on peut :

exiger la garantie du fabricant du luminaire quant à l’utilisation de son matériel dans ces circonstances particulières, et exiger la conformité aux normes concernant les ballasts électroniques :
- EN 60928 sécurité
- EN 60929 fonctionnement
- EN 61547 compatibilité électromagnétique
- EN 61000-3-2 harmoniques
éloigner le plus possible les appareils de mesure des luminaires, les perturbations diminuant avec la distance,
sortir tous les ballasts de la zone de travail,
utiliser, à défaut, des lampes halogène.

En tout cas, les luminaires devront, au minimum, porter un label garantissant la limitation des émissions parasites.

Concevoir

Choix des auxiliaires.

Les ballasts pour lampes à décharge

Ballast électronique, pour lampe à vapeur de sodium HP.
Ballast électronique pour lampe aux iodures métalliques.

En fonction de la durée de vie de la lampe

Pour les lampes à décharge au sodium haute pression ou aux iodures métalliques, les ballasts électroniques s’imposent, car ils peuvent accroître la durée de vie des lampes à décharge jusqu’à 30 %.

En fonction de la sécurité

Ici aussi, les ballasts électroniques sont recommandés pour la simple raison qu’ils éliminent les problèmes de clignotement et, par conséquent, d’effet stroboscopique.

En fonction de l’apport de lumière naturelle

À l’heure actuelle, certains constructeurs proposent des ballasts électroniques dimmables pour les lampes à décharge à vapeur de sodium HP et à iodure ou halogénure métallique (surcoût de 20 % par rapport aux ballasts électroniques). Certains constructeurs proposent même des ballasts électroniques dimmables et programmables de type DALI. Avec ce type de ballast, les flux sont réglables jusqu’à 50 % de la valeur nominale. Mais le dimming des lampes à iodure ou halogénure risque encore de poser des problèmes (changement de couleur).

Les ballasts DALI

À l’heure actuelle, les ballasts électroniques de type DALI ont le même ordre de grandeur de prix que les ballasts électroniques dimmables analogiques. Dans les bâtiments de taille moyenne ou importante et avec des apports de lumière naturelle corrects, on a tout intérêt à orienter le choix d’un ballast vers un type DALI. Il offre beaucoup plus de possibilités :

de gestion centralisée par groupe adressable de façon à générer facilement des zonages. Les zonages seront très flexibles et permettront au bâtiment d’évoluer sans grand investissement comme le recâblage ;
de contrôle des lampes à distance ;
d’interfaçage facile avec des bus de type IEB (KNX) ;
…

Les drivers des LEDs

En général, chaque LED à sa propre alimentation ; c’est un gage de qualité ! Les LEDs étant souvent commandées en très basse tension et en faible courant, il faut se méfier des chutes de tension en ligne entre le driver et la lampe. Pour cette raison, il est nécessaire de limiter les longueurs de câble. Pour tout système d’éclairage à LED, le choix de l’alimentation prendra en compte de la concordance entre celle-ci et la source d’éclairage :

des tensions et courants de commande ;
de la puissance ;
de la classe d’isolation électrique (classe I à III ou de la simple isolation à la double en très basse tension).

Driver dimmable de lampe LED et driver à courant constant de lampe LED.

Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble fermé vertical négatif

Calculs

Pour se rendre compte des énergies mises en jeu, les deux exemples ci-dessous prennent des cas concrets de meubles frigorifiques couramment rencontrés sur le marché.

Hypothèses générales

Pour déterminer le bilan énergétique, il est nécessaire comme pour le meuble positif vertical de poser des hypothèses semblables à celles qui sont utilisées dans les essais pour la certification EUROVENT :

Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température T_ambiance = 25 °C, Humidité HR_a = 60 %).

L’enthalpie h_ambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Caractéristiques d’un meuble négatif

On retrouve souvent en application négative des meubles verticaux dont les caractéristiques sont les suivantes :

température de conservation = – 18°C;
nombre de dégivrages journaliers n_{bre_dégivr} = 2;
temps de dégivrage t_dégivr = 0,5 heure;
longueur = 2,34 m;
hauteur = 2,3 m;
Surface_{pénétrative} = 15 m²;
Surface_{porte_vitrée} = 4,3 m²;
K_{moyen_paroi} = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant;
K_{moyen_porte_vitrée} = 3 [W/m².K] pour un double vitrage classique;
nombre de portes N_porte = 3.

Calculs

Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi

Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets « test », soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (la température des paquets les plus chaud est de -15°C et celle des paquets les plus froid de -18°C).

L’enthalpie h_interne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.

La puissance électrique des ventilateurs P_vent = 150 W.

la puissance électrique de l’éclairage P_écl = 288 W (soit 2 x 4 tubes de 36 W);

La puissance du cordon chauffant P_{cordon_chaud} = 60 W.

La puissance de dégivrage P_dégivrage = 6 400 W.

Nombre d’ouverture des portes N_ouverture = 10 ouvertures/h.porte.

Temps ouverture des portes t_ouverture = 10 s/porte.

Le volume libre (entre les denrées et les portes) V_{libre_meuble} = 0,8 m³.

Énergie de jour

L’énergie de jour est principalement due à la pénétration au travers des parois (isolant et vitrage des portes), à l’ouverture des portes et au dégivrage.

Q_jour = Σ Pi _{apports_jour} x ti_j_our [Wh/jour]
Apports de chaleur	Calculs	Q_jour[Wh/jour]
Pénétration paroi	Q_{pen_paroi} = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) x t_jour = 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 10	3 870
Pénétration vitrage	Q_{pen_vitrage} = K_{moyen_porte_vitrée}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) x (t_jour– t_{ouverture_porte}) = 3 x 4,3 x (25 – (-18)) x (10 – (3 x 10 x 10 / 3 600))	5 498
Ouverture des portes	N_porte x N_ouverture x V_{libre_meuble} x C_air x (T_ambiance – T_interne) / 3600 = 3 x 10 x 0,8 x 2 x (25 – (-18) x 10 / 3,6	5 733
Ventilation	Q_vent = (P_vent + P_{cordon_chaud}) x t_jour = (150 + 60) x 10	2 100
Éclairage	Q_éclair = P_éclair x t_jour = 288 x 10	2 880
Dégivrage	Q_dég = P_dég x t_dég = 6 400 x 0.5 x 2	6 400
Q_jour		26 481

Energie de nuit

La perte d’énergie de nuit continue par les parois principalement et les vitrages. L’éclairage est éteint et le ventilateur continue de brasser l’air dans le meuble fermé.

Q_nuit = Σ Pi _{apports_nuit} x ti_nuit [Wh/jour]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [Wh/jour]
Pénétration paroi	Q_{pen_paroi} = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) x t_nuit = 0,6 x 15 x (25 – (-18)) x 14	5 418
Pénétration vitrage	Q_{pen_vitrage} = K_{moyen_porte_vitrée}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) x t_nuit = 3 x 4.3 x (25 – (-18)) x 14	7 766
Ouverture des portes	–	–
Ventilation	Q_vent = (P_vent + P_{cordon_chaud}) x t_nuit = (150 + 60) x 14	2 940
Eclairage	–	–
Q_nuit		16 124

Bilan énergétique

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie froide consommée par l’évaporateur du meuble ouvert.

Q_total = Q_jour + Q_nuit [Wh/jour]
Apports de chaleur	Energie de jour (10 heures/jour)	Energie de nuit (14 heures/jour)	Energie total journalière
Pénétration paroi	3 870	5 418	9 288
Pénétration vitrage	5 498	7 766	13 264
Ouverture des portes	5 733	0	5 733
Ventilation/cordon chaud	2 100	2 940	5 040
Eclairage	2 880	0	2 880
Dégivrage	6 400	0	6 400
Total			42 605
Total/m² d’ouverture de portes			42 605/(4.3 x 1000) = 9,9 [kWh/m².jour]

Puissance frigorifique de l’évaporateur

Vu la présence d’un système de dégivrage électrique (en négatif, le dégivrage naturel ne suffit pas), la détermination de la puissance frigorifique du meuble doit s’effectuer en partant de l’énergie journalière. Soit :

P₀ = (Q_total) / (24 – nombre_dégivrage x temps_dégivrage)

P₀ = 42 605 / (24 – 2 x 0.5)

P₀ = 1 852 [W]

Puissance frigorifique spécifique

La puissance frigorifique spécifique ou couramment connue sous le nom de puissance par mètre linéaire de meuble frigorifique est de :

P_ml = P ₀ / longueur du meuble

P_ml = 1 852 / 2,3

P_ml = 805 [W/ml]

Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble ouvert horizontal négatif

Définitions

Bilan thermiques

Les bilans thermiques instantanés de jour et de nuit sont différents. Ils s’expriment par la somme des déperditions tant internes qu’externes selon la période de la journée, à savoir :

Bilan thermique instantané de jour P_jour >=

Σ P _{apports_jour} = P _pen + P_{ind_jour} + P_{ray_jour} + P_ecl + P_vent [W]

Bilan thermique instantané de nuit P_nuit =

Σ P _{apports_nuit} = P_pen + P_{ouv_nuit} + P_{ray_nuit} + P_vent [W]

P_pen : apport par pénétration (déperditions négatives) au travers des parois du meuble [W].
P_{ind_jour} : apport par induction (mélange de l’air de la zone de vente et de l’air du meuble) [W].
P_{ray_jour} : apport par rayonnement mutuel des parois chaudes extérieures au meuble et les parois froides internes du meuble principalement par les ouvertures [W].
P_ecl : apport des éclairages internes au meuble [W].
P_vent : apport des moteurs de ventilation placés dans le flux d’air froid [W].
P_{ouv_nuit} : apport par l’ouverture du meuble. S’il n’y a pas de rideau de nuit ou des couvercles de couverture, les apports sont par induction. Par contre si le rideau de nuit est présent, ce sont plutôt des apports par pénétration au travers de la protection qui doivent être considérés.

Bilan énergétique

Le bilan énergétique journalier représente l’énergie nécessaire à l’évaporateur du meuble frigorifique pour vaincre les apports internes et externes. Il s’écrit de la manière suivant :

Bilan énergétique Q

Q = P_jour x t _jour + P_nuit x t_nuit + P_dégivrage x n_{bre_dégivr} x t_dégivr) [kWh/jour]

avec :

n_{bre_dégivr} = nombre de dégivrage par jour;
t_dégivr = temps de dégivrage.

Calculs

Pour se rendre compte des énergies mises en jeu, les deux exemples ci-dessous prennent des cas concrets de meubles frigorifiques couramment rencontrés sur le marché.

Hypothèses générales

Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température T_ambiance = 25 °C, Humidité HR_a = 60 %).

La température des parois de la zone de vente T_{paroi_vente} est de l’ordre de 30 °C.

L’enthalpie h_ambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Le facteur d’émissivité entre les surfaces du plafond et du meuble frigorifique φ₁ = 0,8; ce qui correspond à des valeurs d’émissivité de corps noirs des parois de la surface de vente et des parois du meuble de respectivement ε_p et ε_i de l’ordre de 0.9 (1 correspond à un corps noir parfait).

Le facteur d’angle sous lequel les deux parois se voient φ₂ = 1 pour un meuble horizontal.

Caractéristiques d’un meuble négatif

On retrouve souvent en application négative des meubles horizontaux à rideau d’air dont les caractéristiques sont les suivantes :

température de conservation = – 18°C.
nombre de dégivrage journalier n_{bre_dégivr} = 2.
temps de dégivrage t_dégivr = 0,5 heure.
longueur = 7,5 m.
largeur = 1,1 m.
Surface_{pénétrative} = 24.6 m².
Surface_{rideau_d’air} = 8,25 m².
Débit_{rideau_d’air} = 0,3 kg/s.
taux d’induction X = 0.06.
K_{moyen_paroi} = 0,4 [W/m².K] pour un meuble horizontal avec de l’ordre de 10 cm d’isolant.
K_{moyen_rideau_nuit} = 2,5 [W/m².K] pour une toile classique de protection d’ouverture.

Calculs

Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi

Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets « test » soit L1 pour les meubles frigorifiques négatifs (température du paquet le plus chaud est de -15°C et celle du paquet le plus froid de -18°C).

L’enthalpie h_interne = -15 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.

Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 4,9 W/m²K.

La puissance électrique des ventilateurs P_vent = 240 W.

La puissance électrique de l’éclairage P_écl = 0 W.

La puissance du cordon chauffant P_{cordon_chaud} = 200 W.

La puissance de dégivrage P_dégivrage = 9 600 W.

Apports de jour

Les apports de jour sont principalement dus au rayonnement et à l’induction. On remarque que les pertes par radiation sont importantes du fait que l’écart des températures des parois qui se font vis-à-vis (parallèles) est plus grand (30 – (-18)) [°C] que pour un meuble frigorifique positif.

P_jour = P_pen + P_{ind_jour} + P_{ray_jour} + P_vent + P_{cord_chauf} + P_Eclair [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	P_pen = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) = 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))	423
Induction	P_{ind_jour} = X_{rideau_air} x m_{rideau_air} x (h_ambiance – h_interne) x 1000 = 0,06 x 0,3 x (58 – (-15)) x 1 000	1 314
Rayonnement	P_{ray_jour} = h_ro x S_ouverture (T_{paroi_vente} – T_interne) x φ₁ x φ₂ = 4,9 x 8,25 x (30 – (-18) x 0,8 x 1	1 552
Ventilation	P_vent = P_vent + P_{cordon_chaud}	440
Éclairage	P_Eclair = P_Eclair	0
P_jour= Σ P_{apports_jour}		3 729

Apports de nuit

Les apports de nuit continuent par les parois principalement, y compris par le couvercle ou le rideau de nuit placé au dessus de l’ouverture du meuble. Globalement le coefficient de pénétration est plus faible que pour le meuble vertical positif sachant que pour une configuration d’une paroi horizontale, à l’extérieur le chaud monte et à l’intérieur le froid descend; l’échange y est donc réduit. Tout comme pour la cas du meuble vertical, les apports par rayonnement, dans ce cas-ci aussi sont inclus dans le poste induction.

P_nuit = P_pen + P_{ind_nuit} + P_{ray_nuit} + P_vent [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	P_pen = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) = 0,4 x 24,6 x (25 – (-18))	423
Ouverture	P_{ouv_nuit} = K _{moyen_rideau_nuit} x S_{rideau_nuit} x (T_ambiance – T_interne) = 2,5 x 8.25 x (25 – (-18))	887
Rayonnement	P_{ray_nuit} = h_ro x S_ouverture (T_{paroi_vente} – T_interne) x φ₁ x φ₂	0 (intégré dans les apports par induction)
Ventilation	P_vent = P_vent + P_{cordon_chauffant}	440
Eclairage	Q_Eclair = P_Eclair	0
P_nuit= Σ P_{apports_nuit}		1 750

Bilan énergétique

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie de froid consommée par l’évaporateur du meuble ouvert.

Q = P_jour x t _jour + P_nuit x t_nuit + P_dégivrage x n_{bre_dégivr} x t_dégivr [kWh/jour]
Apports de chaleur	Énergie de jour (10 heures/jour)	Energie de nuit (14) heures/jour)	Energie total journalière
Pénétration	4,2	5,9 + 12,4	10,1
Induction	13,1	0	25,6
Rayonnement	15,5	0	15,5
Ventilation/ cordon chaud	4,4	6,1	10,5
Dégivrage	9,6	0	9,6
Total			71,4
Total/m²			71,4/8,25 = 8,6 kWh/m².jour]

Pour ce cas de figure le bilan énergétique est repris ci-dessous :

Meuble frigorifique horizontal ouvert négatif : bilan énergétique journalier.

Puissance frigorifique de l’évaporateur

P₀ = Q / (24 – nombre_dégivrage x temps_dégivrage

P₀ = 71,4 / (24 – 2 x 0.5)

P₀ = 3.1 [kW]

Puissance frigorifique spécifique

La puissance frigorifique spécifique ou couramment connue sous le nom de puissance par mètre linéaire de meuble frigorifique est de :

P_ml = P ₀ / longueur du meuble

P_ml = 3 100 / 7,5

P_ml = 413 [W/ml]

Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Bilan énergétique d’un meuble ouvert vertical positif

Définitions

Bilan thermique

Les bilans thermiques instantanés de jour et de nuit sont différents. Ils s’expriment par la somme des déperditions tant internes que externes selon la période de la journée, à savoir :

Bilan thermique instantané de jour P_jour =

Σ P _{apports_jour} = P _pen + P_{ind_jour} + P_{ray_jour} + P_ecl + P_vent [W]

Bilan thermique instantané de nuit P_nuit =

Σ P _{apports_nuit} = P_pen + P_{ouv_nuit} + P_{ray_nuit} + P_vent [W]

P_pen : apport par pénétration (déperditions négatives) au travers des parois du meuble [W].
P_{ind_jour} : apport par induction (mélange de l’air de la zone de vente et de l’air du meuble) [W].
P_{ray_jour} : apport par rayonnement mutuel des parois chaudes extérieures au meuble et les parois froides internes du meuble principalement par les ouvertures [W].
P_ecl : apport des éclairages internes au meuble [W].
P_vent : apport des moteurs de ventilation placés dans le flux d’air froid [W].
P_{ouv_nuit} : apport par l’ouverture du meuble. S’il n’y a pas de rideau de nuit, les apports sont par induction. Par contre si le rideau de nuit est présent, ce sont plutôt des apports par pénétration au travers de la protection qui doivent être considérés.

Bilan énergétique

Le bilan énergétique journalier représente l’énergie nécessaire à l’évaporateur du meuble frigorifique pour vaincre les apports internes et externes. Il s’écrit de la manière suivante :

Bilan énergétique Q

Q = P_jour x t _ouverture + Σ P_nuit x t_fermeture + P_dégivrage x n_{bre_dégivr} x t_dégivr) [kWh/jour]

(si un dégivrage électrique est nécessaire)

avec :

P_dégivrage : puissance de dégivrage.
n_{bre_dégivr} : nombre de dégivrages par jour.
t_dégivr : temps de dégivrage [h];
t_ouverture : période d’ouverture du magasin [h].
t_fermeture : période de fermeture du magasin [h].

Calculs

Pour se rendre compte des énergies mises en jeu, les deux exemples ci-dessous prennent des cas concrets de meubles frigorifiques couramment rencontrés sur le marché.

Hypothèses générales

Pour déterminer le bilan énergétique, il est nécessaire de poser des hypothèses de départ semblables à celles qui sont utilisées dans les essais pour la certification EUROVENT :

Les conditions d’ambiance externes sont de la classe 3 (température T_ambianc_e = 25 °C, Humidité HR_a = 60 %).

La température des parois de la zone de vente T_{paroi_vente} est de l’ordre de 30 °C.

L’enthalpie h_ambiance = 58 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT (soit à une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Le facteur d’émissivité entre les surfaces du plafond et du meuble frigorifique φ₁ = 0,8; ce qui correspond à des valeurs d’émissivité de corps noirs des parois de la surface de vente et des parois du meuble de respectivement ε_p et ε_i de l’ordre de 0.9 (1 correspond à un corps noir parfait).

Le facteur d’angle sous lequel les deux parois se voient φ₂ = 0,65 pour un meuble vertical.

Caractéristiques d’un meuble vertical positif

On retrouve souvent en application positive des meubles verticaux à rideau d’air dont les caractéristiques sont les suivantes :

Schéma de principe meuble ouvert vertical positif.

température de conservation = 2°C.
nombre de dégivrage journalier n_{bre_dégivr} = 2.
temps de dégivrage t_dégivr = 0.67 heure.
longueur = 2,5 m.
hauteur = 2 m.
Surface_{pénétrative} = 10 m².
Surface_{rideau_d’air} = 4,25 m².
Débit_{rideau_d’air} = 0,3 kg/s.
taux d’induction X = 0.15.
K_{moyen_paroi} = 0,6 [W/m².K] pour un meuble vertical avec de l’ordre de 6 cm d’isolant.
K_{moyen_rideau_nuit} = 6 [W/m².K] pour une toile classique de protection d’ouverture.

Calculs

Pour évaluer le coefficient de conductivité thermique d’une paroi

Les conditions d’ambiance internes sont liées à la classe de température des paquets test, soit H2 pour les meubles frigorifiques positifs (température du paquet le plus chaud = 10°C et température du paquet le plus froid =-1°C.

L’enthalpie h_interne = 12 kJ/kg dans les conditions standards retenues par EUROVENT.

Le coefficient d’échange équivalent entre deux parois considérées comme corps noirs et orthogonales hro = 5,2 W/m²K.

La puissance électrique des ventilateurs P_vent = 150 W et la puissance du cordon chauffant est de l’ordre de 60 W.

La puissance électrique de l’éclairage P_écl = 288 W (soit 2 x 4 tubes de 36 W).

Apports de jour

Les apports de jour, en principe, interviennent tout au long du fonctionnement du meuble frigorifique pendant la période d’ouverture du magasin. Les apports par induction conditionnent énormément le bilan frigorifique sachant qu’une grande partie de la puissance frigorifique part dans l’ambiance au niveau du rideau d’air.

P_jour = P_pen + P_{ind_jour} + P_{ray_jour} + P_vent + P_{cord_chauf} + P_Eclair [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	P_pen = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) = 0,6 x 10 x (25 – 2)	138
Induction	P_{ind_jour} = X_{rideau_air} x m_{rideau_air} x (h_ambiance – h_interne) x 1000 = 0,15 x 0,3 x (58 – 12) x 1 000	2070
Rayonnement	P_{ray_jour} = h_ro x S_ouverture (T_{paroi_vente} – T_interne) x φ₁ x φ₂ = 5,2 x 4,25 x (30 – 2) x 0,8 x 0,65	321
Ventilation	P_vent = P_vent + P_{cordon_chauffant}	210
Éclairage	P_Eclair = P_Eclair	288
P_jour= Σ P _{apports_jour}		3 027

Apports de nuit

En général, si le commerce est bien géré, en dehors des heures d’ouverture, l’éclairage est éteint et le rideau de nuit (s’il est présent) est baissé. Le bilan thermique se résume à des apports par pénétration et par les déperditions du ventilateur et du cordon chauffant. Les pertes par l’ouverture du meuble sont réduites par la présence du rideau de nuit. En simplifiant, ces pertes se font par pénétration au travers d’une toile (paroi verticale) avec une convection normale sur sa face externe et une convection forcée sur sa face interne. À noter aussi que les pertes par rayonnement sont comprises dans le poste induction de nuit.

P_nuit = P_pen + P_{ouv_nuit} + P_{ray_nuit} + P_vent [W]
Apports de chaleur	Calculs	Puissance absorbée par le meuble frigorifique [W]
Pénétration	P_pen = K _{moyen_paroi}x S_paroi x (T_ambiance– T_interne) = 0,6 x 10 x (25 – 2)	138
Ouverture	P_{ind_nuit} = K_{moyen_rideau_nuit} x S_{rideau_nuit} x (T_ambiance – T_interne) = 6 x 4.25 x (25 – 2)	586
Rayonnement	P_{ray_nuit} = h_ro x S_ouverture (T_{paroi_vente} – T_interne) x φ₁ x φ₂	0 (intégré dans les apports par induction)
Ventilation	P_vent = P_vent + P_{cordon_chauffant}	210
Eclairage	P_Eclair = P_Eclair	0
P_nuit= Σ P_{apports_nuit}		874

Puissance frigorifique de l’évaporateur

Dans ce cas, la puissance frigorifique nécessaire pour que l’évaporateur puisse contrecarrer les apports tant interne qu’externe est de :

P₀ = 3 027 [W]

Puissance frigorifique spécifique

La puissance frigorifique spécifique ou couramment connue sous le nom de puissance par mètre linéaire de meuble frigorifique est de :

P_ml = P ₀ / longueur du meuble

P_ml = 3 027 / 2,5

P_ml = 1 210 [W/ml]

Bilan énergétique

L’énergie frigorifique journalière est l’énergie froid consommée par l’évaporateur du meuble ouvert.

Q = P_jour x t _jour + P_nuit x t_nuit [kWh/jour]
Apports de chaleur	Énergie de jour (10 heures/jour)	Energie de nuit (14 heures/jour)	Energie total journalière
Pénétration	1,4	1,9 + 8,2	3,3
Induction	20,7	0	28,9
Rayonnement	3,2	0	3,2
Ventilation/cordon chaud	2,1	2,9	5,0
Eclairage	2,9	0	2,9
Total			43,5
Total/m²			43,5/4,25 = 10,23 [kWh/m².jour]

Pour ce cas de figure le bilan énergétique est repris ci-dessous :

Meuble frigorifique vertical : bilan énergétique journalier.

Masse d’eau piégée par un évaporateur - EnergiePlus

Posted By : Didier 7 Mar, 2008

Masse d’eau piégée par un évaporateur

La quantité de condensats des meubles frigorifiques

Il existe une énergie non négligeable de refroidissement qui actuellement n’est pas récupérée et envoyée directement à l’égout.

Il y a t-il un intérêt à la récupérer ?

Masse d’eau piégée


Meuble ouvert vertical avec rideau d’air.	Cycle de l’air du meuble ouvert sur le diagramme de l’air humide.

La masse d’eau piégée par les meubles frigorifiques ouverts peut être importante. Ce type de meuble agit en véritable climatiseur et déshumidificateur des ambiances de vente. Dans les « allées froides », par exemple, la température ambiante peut atteindre des valeurs de 16 à 18°C avec des taux d’humidité relative de l’ordre de 30 à 40 %. Si l’humidité ambiante diminue c’est nécessairement qu’elle se retrouve au niveau de l’évaporateur du meuble sous forme de givre, de neige, de glace, …

Eau piégée

La masse d’eau piégée par jour [kg/j] peut se calculer par la relation suivante et en s’appuyant sur le diagramme de l’air humide :

M_givre = X_induction x M₁ (x_a – x_i) x 24 x 3,6 [kg/j] (1)

où :

X_induction = taux d’induction du rideau d’air (si présent).
M₁ = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
x_a = l’humidité absolue dans l’ambiance de la zone de vente [g_eau / kg _{air sec}].
x_i = l’humidité absolue à l’intérieur du meuble [g_eau / kg _{air_sec}].

par définition le taux d’induction du rideau d’air est la quantité d’air ambiant mélangé au rideau d’air. On a la relation suivante :

X_induction = M_a / M₁

Estimation du taux d’induction

La masse d’eau piégée par jour [kg/j] peut aussi se calculer par la relation suivante lorsque l’on considère que toute l’humidité dans l’air ambiant se condense sur l’évaporateur :

M_givre = M₁ (x₁ – x₂) x 24 x 3,6 [kg/j] (2)

où :

M₁ = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
x₁ = l’humidité absolue à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [g_eau / kg_{air_sec}].
x₂ = l’humidité absolue à la bouche de reprise du rideau d’air [g_eau / kg _{air_sec}].

Des relations (1) et (2) on peut en déduire le taux d’induction qui caractérise l’efficacité du rideau d’air :

X_induction ~ (x₂ – x₁) / (x_a – x_i)

où :

M₁ = le débit d’air du rideau d’air [kg/s].
x₁ = l’humidité absolue à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [g_eau / kg_{air_sec}].
x₂ = l’humidité absolue à la bouche de reprise du rideau d’air [g_eau / kg _{air_sec}].

Avec une précision relative, le taux d’induction peut aussi s’estimer par la relation suivante :

X_induction ~ (t₂ – t ₁) / (t_a – t _i)

où :

t₁ = température à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air [°C].
t ₂ = température à la bouche de reprise du rideau d’air [°C].
t_a = température dans l’ambiance de vente [°C].
t _i = température à l’intérieur du meuble [°C].

Exemple : calcul pour un meuble frigorifique ouvert

Données

Un supermarché est équipé de 150 m de meubles frigorifiques verticaux ouverts (laitier, charcuterie, traiteur, pâtisserie, …) dits linéaires.

Par mètre linéaire on a les données suivantes :

taux d’induction X_induction = 0,15 (valeur courante).
débit du rideau d’air par mètre linéaire M₁ = 0,15 kg/s.ml.
x_a = 12 g_eau / kg _{air_sec} pour une température d’ambiance de 25°C et une humidité relative de 60 %.
x_i = 3 à 4 g_eau / kg _{air_sec} pour une température de l’ordre de 4°C au sein du meuble.

Calcul de la masse piégée

M_givre = X_induction x M₁ (x_a – x_i) x 24 x 3,6 [kg/j.ml]

où,

M_givre = 0,15 x 0,15 (12 – 4) x 24 x 3,6
M_givre = 15,6 [kg/j.ml]

pour les 150 m de meubles, on a :

M_{givre_total} = 15,6 x150 = 2 333 [kg/j]

Calcul d’une valeur du taux d’induction

La détermination du taux d’induction est nécessaire afin d’évaluer l’efficacité du rideau d’air. La formule approchée déterminée ci-dessus est basée sur le relevé des températures :

t₁ = température à la sortie des buses de pulsion du rideau d’air = 1 [°C].
t₂ = température à la bouche de reprise du rideau d’air = 5 [°C].
t_a = température dans l’ambiance de vente = 25 [°C].
t _i = température à l’intérieur du meuble = 4 [°C].

X_induction ~ (t₂ – t ₁) / (t_a – t _i)

X_induction ~ (5 -1) / (25 – 4)

X_induction ~ 0,19

Posted By : 18 Jan, 2008

Choisir les cables du réseau de distribution

Influence de la section des câbles

Pour les circuits d’éclairage fortement chargés, où le courant absorbé est de l’ordre de 10 A, il est intéressant de dimensionner les câbles de distribution en 2.5 mm² plutôt qu’en 1.5 mm². En effet, la réduction des pertes par effet joule (et donc de la consommation) compense le surcoût dû à l’augmentation de section.

Exemple

Soit l’installation suivante :

Des luminaires de 58 W chacun.
Le premier luminaire est séparé d’un mètre de l’alimentation 230 V.
Les luminaires suivants sont séparés entre eux de 1 mètre.
Chaque luminaire est parcouru par un courant de l’ordre de 0.3 A et donc la première section du circuit d’éclairage est parcourue par un courant de l’ordre de 10 A, le second 9.7 A, etc …

On bénéficie aussi des données suivantes :

le prix du kWh est de 0.17 €,
le surcoût du câble en 2.5² par rapport au 1.5² est de l’ordre de 3,67 €/m.

On prend les hypothèses suivantes :

la perte des ballasts est négligeable par rapport à la puissance consommée par les lampes ;
l’installation fonctionne 2 500 heures par an.

On obtient les résultats suivants :

Interprétation

Le choix d’une section de 2.5 mm² au lieu de 1,5 mm² est assez peu rentable quel que soit le nombre de luminaires (entre 10 et 30 ans). Le temps de retour simple est, exprimé comme le rapport entre le surcoût d’une section 2.5 mm² par rapport à une section de 1,5 mm² et le coût de la réduction de consommation par effet joule (moins de perte dans une section de 2,5 mm² que dans 1,5 mm²).

Conclusion

Sur la durée de vie de l’installation d’éclairage (> 30 ans), on a intérêt à légèrement surdimensionner les sections de câbles. C’est le prix du cuivre qui réduit fortement la rentabilité.

Posted By : Didier 17 Jan, 2008

Diminuer le niveau sonore [Froid alimentaire]

Plan d’action

Évaluer sa situation

Évaluer

Après l’analyse de la situation sur le terrain, la logique à suivre est basée sur le type de bruit.

Repérer le type de bruit

Soit le bruit est aérien

Puisqu’il est produit par l’écoulement de l’air et les turbulences qui y sont liées, on peut envisager de réduire la source du bruit, par exemple en diminuant la vitesse de rotation du ventilateur, en améliorant l’écoulement dans les bouches, dans les coudes,…

À défaut, puisque ce bruit est émis à haute fréquence, il possible de l’absorber par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Si ce bruit est transmis entre deux locaux, c’est l’isolation phonique des parois qui les séparent qu’il faut améliorer.

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Puisque ce sont les vibrations des équipements qui sont transmises par voie solide, la diminution de vitesse permettra également de réduire les vibrations. Certaines sociétés de maintenance peuvent enregistrer les vibrations émises à l’arbre d’un ventilateur et dire si un balourd serait responsable du bruit en cause.

A défaut, on cherchera à couper toute transmission du bruit par le placement d’un matériau résilient entre l’équipement et son environnement : plots antivibratiles, manchettes souples, plancher flottant,…

Idéalement, c’est la coupure du matériau qui empêchera le mieux la transmission du son.

A défaut, il faudra interrompre le matériau dur par un matériau plus souple (dit « matériau résilient « ).

Agir à la source du problème

Agir à la source :

Placer des supports antivibratiles
Limiter le bruit des pompes

Agir à la transmission :

Limiter la transmission sonore des tuyauteries

Agir au niveau des locaux :

Modifier la disposition des locaux
Réaliser le doublage acoustique des parois
Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Placer des supports antivibratiles

Pour réduire la propagation des vibrations de certains appareils (compresseurs, ventilateurs,…) à la structure du bâtiment, on insère des supports élastiques antivibratiles.

L’ensemble « équipement-support » constitue un système « masse-ressort », soumis aux lois de la mécanique des vibrations, et disposant dès lors d’une fréquence propre.

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faut connaître :

la fréquence excitatrice liée à la vitesse de rotation du moteur,
la masse de l’équipement et sa répartition sur la dalle.

Pour une bonne efficacité, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice. Dans certains cas il sera nécessaire d’alourdir la dalle sur laquelle sont fixés les équipements afin de réduire la fréquence propre de vibration. De plus, le fait « d’écraser davantage les ressorts » permet un meilleur amortissement des vibrations.

Exemple.

un ventilateur tournant à une vitesse de rotation de 1 500 tours/minute provoque des vibrations de 25 Hz (puisque rotation de 25 tours/seconde). Les plots devront être calculés sur une fréquence propre de 6 à 8 Hz.

En pratique, on rencontre :

des ressorts, utilisés pour toutes les fréquences propres mais surtout lorsqu’ inférieures à 8 Hz,
des plots à base de poudre de liège mélangée à un élastomère, pour des fréquences propres supérieures à 8 Hz
des plots à base d’élastomères, pour les fréquences propres supérieures à 12 Hz
un système de « dalle flottante », c.-à-d. la construction d’un socle de béton sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.

Ce dernier système de dalle flottante est assez difficile à réaliser puisqu’ en aucun endroit il ne peut y avoir de contact (raccords de mur, écoulement de sols, tuyauteries, conduits, …). Devant la nécessité d’exercer un contrôle quasi permanent durant les travaux, on préfère parfois la technique des éléments antivibratiles…! Ou alors un contrôle de la qualité acoustique de la dalle est imposé à la fin des travaux.

Exemples de ponts phoniques par le tuyau d’écoulement et la plinthe.

En général, il sera fait appel à un spécialiste de cette question pour le dimensionnement correct des plots.

Limiter le bruit des pompes

Origines du bruit des pompes

Les bruits d’origine hydraulique : c’est la source de bruit la plus importante. On remarque l’effet de sirène qui est dû à l’interaction entre les aubes et les parties fixes. Ce type de bruit est le plus gênant dans les bâtiments, car il se produit dans une zone de fréquences audibles.Lorsque la pression disponible à l’aspiration de la roue est trop faible, un bruit de cavitation apparaît. Il faut dans ce cas veiller à faire fonctionner la pompe avec une pression à l’aspiration suffisante. Lorsque de l’air s’introduit dans le fluide, il se crée des turbulences et des écoulements bruyants au niveau de la pompe. Il faudra veiller à purger correctement le circuit.

Les bruits d’origine électromagnétique : ces bruits proviennent du moteur qui transmet des vibrations aux équipements et structures environnantes.

Les bruits d’origine mécanique : ces bruits apparaissent au niveau des garnitures mécaniques et des paliers de la pompe, on les appelle balourds. Ils proviennent généralement d’une erreur de montage, d’équilibrage ou d’une erreur de conception de la pompe.

Les bruits d’origine aéraulique : ces bruits proviennent du passage de l’air, nécessaire au refroidissement du moteur, dans le ventilateur de la pompe. Il peut s’agir dans certains cas de la source de bruit la plus importante d’une pompe. Le fabricant de pompes doit correctement calculer les grilles d’aspiration et de refoulement de l’air qui peuvent être des obstacles au bon écoulement de l’air et donc générer du bruit.

Transmission du bruit

Une pompe transmet du bruit par trois voies différentes :

Par voie aérienne : le moteur de la pompe émet une diffusion acoustique qui se propage dans le local technique puis dans locaux occupés adjacents.

Par voie hydraulique : la pompe génère des variations de pression dans le fluide qui sont transmises par les canalisations et diffusent sur les structures environnantes.

Par voie solide : les vibrations émises par la pompe se transmettent par contact direct aux différentes structures.

Le niveau de bruit des pompes

Le niveau de puissance acoustique d’une pompe dépend principalement de sa conception, de ses conditions de fonctionnement (débit et pression) et de sa puissance électrique. Aucune norme ne spécifie les caractéristiques acoustiques des pompes.
Il est possible d’effectuer un calcul approximatif du niveau de pression acoustique à 1 m :

Lp = 48 + 10 log Pe [dB (A)]

où,

PE est la puissance électrique du moteur [W]

Mise en œuvre

Il faut limiter la vitesse du fluide dans la pompe à 1,5 m/s.
Il faut soigner la fixation de la pompe en mettant en œuvre un dispositif d’assise souple : placer la pompe sur une petite dalle flottante de 15 cm d’épaisseur, reposant sur des supports élastiques. La dalle flottante aura à peu près trois fois le poids de l’équipement.
Il faut équiper l’aspiration et le refoulement des pompes de manchons antivibratoires.

Manchon antivibratoire.

Il est également important d’entretenir les pompes, de lubrifier les paliers. L’usure de certaines pièces peut conduire à des vibrations génératrices de bruits.

Limiter la transmission sonore des tuyauteries

Empêcher la transmission des bruits de vibration

Il est utile de réaliser des raccords souples entre les conduits (fluides, gaz, électricité…) et la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Pour diminuer la transmission des vibrations des tuyauteries aux parois, on peut introduire des coquilles isophoniques entre la tuyauterie et le collier de fixation. Il est également possible d’utiliser des colliers avec caoutchouc isophonique mais ceux-ci sont moins efficaces que les coquilles isophoniques.

Exemple : pour la fixation des tuyauteries d’eau glacée aux parois du bâtiment, il est de bonne pratique de réaliser les 3 premières fixations après la pompe avec des fixations anti-vibratoires.

Autre exemple : lors du placement d’un split-system, un soin tout particulier doit donc être apporté à la sélection de l’emplacement du condenseur et à son mode de fixation : une coupure élastique doit être prévue entre l’appareil et le mur de fixation afin d’empêcher de mettre en vibration la structure du bâtiment (l’appareil doit bouger lorsqu’on le secoue !). De même, les tuyauteries doivent être raccordées via des raccords flexibles.

Il est également possible de suspendre élastiquement une tuyauterie à un plafond.

Par contre, il faut éviter de placer des tuyauteries sur des parois légères ou les parois séparant les locaux techniques des locaux occupés.

Limiter les bruits de dilatation

Lorsque la force de dilatation des tuyauteries devient trop importante, des frottements apparaissent entre les conduits et les colliers de support. Ce phénomène de dilatation provoque des claquements bruyants.
Recommandations :

Prévoir des points fixes et des compensateurs entre les points fixes.

Compensateur de dilatation.

Éviter de bloquer les canalisations à la traversée des parois.

En cas de problèmes, desserrer légèrement certains colliers.

Éviter les variations brusques de température dans l’installation, par exemple en utilisant des vannes à 3 voies en mélangeuses.

Placer des matériaux souples entre les colliers et les tuyauteries, et entre les fourreaux et les tuyauteries.

Diminuer la production de turbulences

Les vitesses admissibles dépendent du tracé et des accessoires utilisés. Si des vitesses élevées peuvent être admises dans les tubes droits, on doit adopter des vitesses plus réduites dans les coudes, les réductions.

Une installation peut créer des turbulences suite au placement même des équipements : tuyauteries à angle droit, vannes placées trop près les unes des autres,…

Ce deuxième type de raccordement sera de loin préférable.

La présence de bulles d’air dans les circuits est également génératrice de bruit, il faut doter l’installation de dispositifs comme purgeurs (manuels ou automatiques), pots de dégazage, séparateur d’air tangentiel.

Modifier la disposition des locaux

De par la localisation des fonctions dans un magasin, une grande partie de l’isolement acoustique peut déjà être effective :

disposition de locaux tampons entre locaux bruyants et locaux calmes (ex : locaux de stockage),
rassemblement des locaux bruyants,
…

Dans un magasin existant, le déplacement du local technique (local des compresseurs par exemple) est difficilement réalisable, mais certaines réorganisations internes d’activité sont possibles.

Mais plus que tous les bâtiments tertiaires classiques, un magasin vit, des parois se déplacent,… les critères acoustiques peuvent parfois entrer en compte dans le choix de la nouvelle disposition des locaux !

Réaliser le doublage acoustique des parois

Si le son perturbateur est créé par du bruit aérien traversant une paroi, il est possible de doubler celle-ci. On pense tout spécialement aux locaux techniques dont on souhaiterait renforcer l’isolation par rapport au reste du bâtiment.

Si la faute correspond à une insuffisance des éléments de construction, il est possible d’améliorer la situation jusqu’à 10 dB environ, à l’aide d’un panneau rapporté (plafond suspendu constitué de plâtre dépourvu de joint, panneaux de carton-plâtre rapportés devant les parois). Pour que le doublage placé devant le mur puisse faire son effet de cloison double, on privilégiera une fixation indépendante et des joints élastiques. À défaut, une fixation par colle. Au pire une fixation par clous,…

Schéma doublage acoustique des parois.

Exemple.

une paroi de séparation entre un local technique et un magasin était constituée d’un mur en briques modulaires de 17,5 cm enduit sur les deux faces. Son isolement acoustique initial (frein apporté par la paroi au passage du son) était de R = 48 dB. Le doublage au moyen de panneaux de carton-plâtre avec supports en profilés métalliques (pose indépendante du mur) a permis d’améliorer l’isolement jusqu’à 56 dB.

Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Si l’objectif est de se protéger d’un bruit extérieur (bruit de condenseur sur une plate-forme, par exemple), une amélioration de la qualité acoustique des baies peut être envisagée. Et le premier regard doit se porter sur l’étanchéité à l’air (davantage que sur la vitre elle-même). En effet, le bruit passe essentiellement par les joints non étanches. C’est ce qui fait la médiocre qualité des fenêtres coulissantes…

Le choix des travaux à réaliser sur les ouvertures d’un magasin dépend du niveau d’isolement acoustique que l’on désire obtenir.

Conservation des fenêtres existantes

Si l’on ne recherche pas un isolement de façade supérieur à 30 dB(A) et s’il n’y a pas d’entrée d’air spécifique en façade, il suffit la plupart du temps de mettre en place des joints d’étanchéité entre les ouvrants et les dormants.

Remplacement des fenêtres

Il existe une valeur seuil d’isolement au-delà de laquelle on doit changer les fenêtres, ce qui induit un surcoût important. Cette valeur seuil dépend de la surface des fenêtres. Elle se situe généralement aux alentours de 33 dB(A).

Une solution couramment adoptée consiste à conserver les anciens dormants en leur appliquant un traitement ou un renforcement éventuel. On pose alors une nouvelle fenêtre souvent en PVC, en fixant les nouveaux dormants sur les anciens, après la pose de joints préformés et, si nécessaire, l’ajout d’un joint en silicone. La nouvelle fenêtre est munie de double vitrage acoustique et d’une entrée d’air insonorisée. Cette technique a cependant l’inconvénient de réduire la surface vitrée. Ainsi, on obtient un isolement acoustique supérieur à 35 dB(A), à condition d’avoir effectué un traitement acoustique des bouches de ventilation et une mise en œuvre correcte.

Toutefois, pour certaines fenêtres particulières, le remplacement est indispensable quel que soit l’objectif d’isolement. Par exemple, pour une fenêtre coulissante, le simple changement des vitrages n’est souvent pas suffisant pour atteindre l’objectif d’isolement acoustique fixé.

D’autre part, pour les portes-fenêtres, les objectifs d’isolement sont plus difficiles à atteindre, même en cas de remplacement. En effet, la valeur de l’isolement acoustique d’une porte-fenêtre est en général inférieure à celle d’une fenêtre. On observe assez fréquemment un écart moyen de 2 dB(A). En effet, la surface de jointures, et donc de fuites possibles, est plus importante dans le cas d’une porte-fenêtre.

Photo baie vitrée.

Obtention d’un isolement de 40 dB(A) avec une seule fenêtre

L’obtention de cette valeur d’isolement nécessite toujours le remplacement des fenêtres par d’autres de très bonne qualité acoustique.

Le vitrage doit avoir un indice de réduction de bruit de l’ordre de 40 dB(A). Ce vitrage est obtenu à l’aide d’un feuilleté acoustique spécial. La menuiserie de la fenêtre doit comporter une triple barrière d’étanchéité entre l’extérieur et l’intérieur du logement pour les fenêtres en PVC. Un double rang de joints de bonne qualité doit être posé entre l’ouvrant et le dormant.

Pour une pièce aux dimensions standard, c’est-à-dire dont la surface est d’environ 25 m² , avec une fenêtre de 1,5 à 2 m² une isolation acoustique de 40 dB(A) est délicat à obtenir s’il y a une entrée d’air. Quelques précautions doivent alors être prises :

Les entrées d’air choisies doivent être insonorisées. La valeur de leur coefficient d’affaiblissement acoustique doit être la plus grande possible. Toutefois, il est difficile du trouver sur le marché des entrées d’air de faible encombrement, pouvant être placées dans la menuiserie, ayant une valeur du coefficient d’affaiblissement acoustique supérieure à 42 dB(A). La zone de fonctionnement de la bouche d’entrée d’air choisie doit permettre d’atteindre le débit nominal. En effet, certains systèmes intégrés dans une fenêtre ont une surface d’entrée d’air trop faible pour obtenir le débit nominal imposé par les systèmes d’extraction actuels.

L’étanchéité entre le gros-œuvre et le dormant doit être de qualité. L’amélioration de l’étanchéité, obtenue par la pose d’un joint mastic de type silicone ou polyuréthane, augmente la valeur de l’isolement acoustique.

Il est utile de vérifier et de remettre en état les joints de façade des grands panneaux préfabriqués, surtout s’il y a des entrées d’air parasites.

Pose de double fenêtre

C’est pratiquement la seule solution technique si l’on veut obtenir une isolation acoustique supérieure à 40 dB(A). La pose s’effectue le plus souvent au nu extérieur de la façade, avec ou sans conservation des volets existants. La nouvelle menuiserie est généralement de type vantaux coulissant, en aluminium ou en PVC. Cette solution permet d’atteindre, dans certaines configurations, des isolements proches de 50 dB(A).

Elle est également satisfaisante sur le plan thermique en hiver, mais présente cependant quelques inconvénients :

la difficulté de nettoyage, surtout de la face extérieure de la nouvelle fenêtre,
les difficultés d’ouverture de la nouvelle fenêtre et d’accès aux persiennes,
la nécessité de remplacer les éventuels volets existants, ce qui induit un surcoût important,
une certaine diminution de l’éclairage naturel,
la difficulté éventuelle d’obtenir les autorisations urbanistiques.

Il faut évidemment éviter la pose d’entrées d’air insonorisées en regard l’une de l’autre pour limiter la création de pont phonique.

Posted By : Didier 17 Jan, 2008

Chaîne du froid et énergie, comme l’eau et le feu ?

La qualité du froid, la vente, le confort et l’énergie

Quelques chiffres de sensibilisation

Idée des consommations énergétiques des commerces ?

Il nous paraît important de (re)préciser aux commerçants que lorsqu’ils passent le pas-de-porte de leur magasin de détail ou de leur moyenne et grande surface où le froid alimentaire est présent, ils doivent être conscients que les quantités d’énergie mises en jeu pour :

conserver les denrées dans les chambres froides;
climatiser les ateliers de boucherie par exemple;
refroidir tous les types de meubles frigorifiques d’exposition;
…

sont beaucoup plus importantes que dans les magasins dit « no food ».

La Région Wallonne publie régulièrement les valeurs des consommations spécifiques par secteur d’activité. Plus particulièrement, les commerces ont des niveaux de consommation énergétique spécifique suivant le type :

Type de commerce	Surface [m²]	Consommation spécifique en électricité [kWh/m².an]	Consommation spécifique en combustible [kWh/m².an]	Consommation spécifique totale [kWh/m².an]
Commerce non alimentaire	400 à 2 500	113	124	237
Commerce non alimentaire	> 2 500	59	105	164
Supermarché		680	258	938
Hypermarché		361	162	523

l’ADEME en France établit des répartitions des consommations énergétiques par usage suivant les différents types de commerce :

Répartition des consommations pour l’ensemble du parc en France (source CEREN).

Hypermarchés [700 kWh/m².an] (source EDF).

Supermarchés [1 000 kWh/m².an] (source EDF).

Grandes surfaces non alimentaires [200 KWh/m².an] (source EDF).

Comparatif de vos consommations énergétiques chez vous et celle de votre commerce

Le comparatif des consommations énergétique présenté ci-dessous n’a pas pour ambition de pointer les « mauvais élèves » mais, tout simplement, de montrer quelle empreinte énergétique chacun de nous laisse aux générations futures à titre personnel et au travers des commerces que nous fréquentons tous.

Le coup de poing de cette comparaison réside dans la consommation énergétique d’un supermarché par rapport à la celle d’une maison nouvelle par exemple. En effet, dès que l’on franchit le pas d’un supermarché, on sait que l’on contribue à la multiplication des dépenses énergétiques par plus de 5. À titre indicatif, par rapport à la maison passive, les consommations énergétiques d’un supermarché sont multipliées par plus de 20.

Les quatre éléments conditionnant le froid alimentaire

En froid alimentaire, la cohabitation des quatre impératifs suivants reste toujours un exercice difficile :

a qualité du froid (respect des températures et temps de conservation);
la vente;
le confort du personnel et des consommateurs;
et l’énergie;

Pour garder un certain optimisme, à l’image de la Belgique qui reste malgré tout la championne du compromis, il est possible de combiner :

une chaîne alimentaire sans risque pour les consommateurs;
un niveau de vente presque inchangé;
un confort accru des usagers;
une réduction des consommations énergétique.

La qualité du froid alimentaire

Le respect de la qualité du froid alimentaire ne se limite pas à la seule exposition des denrées dans les meubles frigorifiques. Il doit être aussi assuré au niveau :

du transfert entre le camion et les chambres de stockage;
du stockage;
du transfert entre le stockage et les meubles d’exposition;
et même des meubles frigorifiques vers le frigo du consommateur. Mais c’est une autre histoire !

La vente

Pour que le commerçant vive, il doit naturellement rendre les denrées attrayantes. Le problème dans le froid alimentaire est que la possibilité de sentir et de toucher les aliments représente une donnée importante au niveau « marketing ». Pour cette raison les meubles de vente frigorifiques sont souvent ouverts aux consommateurs, représentant une difficulté pour :

maintenir les températures de conservation;
réduire les consommations énergétiques;
assurer le confort thermique du personnel et des clients.

Le confort du personnel et des clients

Le confort thermique à proximité des meubles frigorifiques ouverts est difficile à assurer surtout en période estivale où le corps humain subit un choc thermique non négligeable. En effet, non seulement les clients sont peu vêtus, mais de plus, on peut régulièrement enregistrer les températures de l’ordre de 16°C à 1,5 m de hauteur.

L’énergie

Les meubles frigorifiques représentent de plus en plus la majorité de la facture énergétique électrique totale (30 à 50 %) des commerces. Les meubles ouverts se taillent la part du lion, car l’ambiance froide est directement ou indirectement (rideau d’air) mise en contact avec l’ambiance tempérée du reste des zones de vente (no food).

A titre d’exemple, Enertech pour le compte de l’ADEME en France a réalisé le monitoring électrique complet d’un supermarché de 1 200 m² . Sur base de la consommation électrique annuelle de 255 [kWh/m².an] (bâtiment « full » électrique), la répartition des consommations énergétiques est la suivante :

(Source Enertech).

On observe que 50 % de la consommation énergétique du magasin sert à conserver les denrées.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de la qualité de la chaîne du froid alimentaire.

Posted By : Didier 16 Jan, 2008

Projet de nouvelle installation de froid alimentaire ?

La conservation par le froid : objectifs

La réfrigération voire la congélation permet de ralentir les réactions chimiques et enzymatiques, afin de diminuer la multiplication des germes d’altération et surtout de bloquer le développement des bactéries pathogènes.

Les équipements frigorifiques doivent assurer l’hygiène dès l’arrivée des denrées dans les magasins de distribution et durant tout leur cycle de vie depuis les zones de stockage jusqu’à leur distribution.

Températures à garantir
Chambre froide fruits et légumes	4 à 6 °C
Chambre froide viande	2 à 4 °C
Chambre froide poisson	2 à 4 °C
Chambre froide pâtisserie	2 à 4 °C
Chambre froide de jour	2 à 4 °C
Congélateur	– 12 à – 24 °C
Local de stockage des déchets	10 °C
Cave à vin conditionnée	10 à 12 °C/HR 75 %
Local de tranchage	10 °C

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix de l’implantation.

Choix de l’implantation de la zone froide

Une part de l’énergie frigorifique va servir à refroidir (et donc, assécher) l’air des zones tempérées de vente jusqu’à la température de consigne des meubles frigorifiques, de la chambre froide, des ateliers de boucherie, …

Cette part d’énergie peut être élevée sur l’ensemble du bilan frigorifique si l’air ambiant du magasin est chaud et humide.

Ainsi, dans un projet de conception ou de rénovation conséquent, il sera important de respecter une certaine hiérarchisation des priorités :

l’implantation des zones « froide » par rapport au contexte externe (l’orientation du bâtiment, présence d’autres bâtiments ou pas , milieu rural ou urbain, ..);
l’implantation des zones « froide » par rapport au contexte interne (présence d’apports internes tels que fours, rôtissoires, … à proximité directe des chambres froides, des ateliers de boucherie, des meubles frigorifiques, …);
le confinement des zones « froide » par rapport aux zones adjacentes (chambre fermée, chambre semi-fermée, meuble frigorifique ouvert, …).

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix de l’implantation de la zone de froid.

Choix des meubles frigorifiques

À l’heure actuelle, on ne peut plus négliger les aspects environnementaux, énergétiques et financiers tout en sachant que la vente prédominera toujours. Néanmoins les coûts énergétiques devenant importants, on ne peut plus ignorer que les différents aspects du choix des meubles sont désormais intimement liés au chiffre d’affaires réalisé par les commerçants.

Il est donc impératif de prendre en compte le critère de consommation énergétique des meubles et, au sens large du terme, les consommations énergétiques des installations de froid alimentaire.

Critères de choix

Les critères de choix à prendre en compte sont essentiellement liés :

à la vente;
aux coûts;
à l’énergie.

Les critères de choix liés à la vente

Bien évidemment, la toute première fonction d’un meuble frigorifique est de mettre en valeur des denrées afin qu’elles soient vendues. Les principaux critères de choix des meubles frigorifiques par rapport à la motivation de vente sont liés aux types :

de denrées vendues (nature des denrées, compatibilités des matériaux du meuble, …);
de vente (alimentation générale, spécialisée, …);
de magasin (forme, implantation, design, …);
de système frigorifique (groupe incorporé ou pas, …);
de service (accessibilité avant, arrière, …).

Les critères de choix liés aux coûts

Les principaux coûts dont on devra tenir compte dans un projet seront :

l’investissement qui comprend l’achat des meubles frigorifiques proprement dits, les systèmes frigorifiques, l’installation, la réception, … On en déduit un coût global d’investissement annuel comprenant l’investissement lui-même et l’intérêt annuel du capital immobilisé;
l’exploitation qui inclut le coût de l’énergie, les entretiens, le loyer annuel par rapport à la surface occupée par les meubles, les montants de police d’assurance couvrant les équipements et la perte des denrées. Sur le même principe que l’investissement, on en déduit un coût d’exploitation annuel.

Les critères de choix liés à l’énergie

Lors de projets de conception, l’aspect énergétique était auparavant négligé au profit naturellement de la vente. Vu l’augmentation constante des prix de l’énergie électrique et par une prise de conscience timide des problèmes d’environnement que cause la production de froid, la conciliation de :

la qualité du froid alimentaire;
la vente;
le confort des clients et du personnel;
l’énergie.

est indispensable !

Peu importe les moyens et techniques mis en œuvre, il suffit de prévoir le confinement ou l’enfermement du froid dans une boîte isolée pour améliorer directement l’efficacité énergétique du froid alimentaire. Certains magasins (ils se reconnaîtront) appliquent ce principe depuis déjà longtemps, d’autres se lancent timidement. Il peut s’envisager de manière :

globale pour l’ensemble des denrées dans un espace isolé, avec des ouvertures contrôlées tout en permettant un accès aisé;
décentralisée comme les meubles frigorifiques où le confinement est réalisé par des portes vitrées par exemple.

Choix des meubles

Selon les différents critères énoncés, un choix de meubles frigorifiques se dégage. Les fabricants classent en général les meubles selon :

la température de conservation positive ou négative (quelle valeur) ?
le type ouvert, mixte ou fermé, vertical ou horizontal ?
l’aménagement interne avec combien d’étagères, avec ou sans éclairage des tablettes, …?
équipé d’un convection forcée ou pas ?
équipé de porte vitrée, de rideau de nuit, de combien de cordons chauffants ?
…

Appréhender les dépenses énergétiques

Le choix énergétique du meuble se fera, toute chose restant égale, au niveau du meuble le moins gourmand en consommation journalière d’énergie (kWh par m² de surface d’exposition et par jour) définit par EUROVENT qui effectue des essais aboutissant à une certification du meuble frigorifique dans des conditions d’ambiance tout à fait particulières (la classe 3, par exemple, implique une température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative).

Cette certification est naturellement nécessaire pour permettre aux bureaux d’études en techniques spéciales ou au maître d’ouvrage de pouvoir comparer les meubles de même classe ou de même famille ensemble. Les résultats des mesures des consommations énergétiques sont des moyennes mais ne représentent pas les consommations réelles en fonction des conditions ambiantes de température et d’humidité variables à l’intérieur du commerce.

Les principales consommations énergétiques des meubles ouverts sont dues à l’induction de l’air au niveau de l’ouverture.

Puissance frigorifique nécessaire

Une fois le choix des meubles effectué, on peut déterminer assez aisément par les catalogues la puissance frigorifique nécessaire pour son application. Cette puissance conditionnera la valeur de la puissance de l’évaporateur et naturellement celle du compresseur associé.

Il faut toutefois signaler que la puissance frigorifique est donnée en fonction de la classe d’essai EUROVENT (la plus courante c’est la classe 3 : température ambiante de 25 °C et 60 % d’humidité relative). Attention que si les conditions d’ambiance réelle sont différentes de la classe de dimensionnement, on risque de se trouver face à des problèmes d’adaptation de puissance de l’évaporateur par rapport aux apports internes et externes.

Pour être certain de ne pas se « planter », on peut aussi comparer le meuble choisi par rapport à des valeurs de puissance frigorifique par mètre linéaire [W/ml] couramment rencontrées :

pour les applications de froid positif, les puissances spécifiques oscillent en général entre 0,2 kW/ml (vitrine service par le personnel en convection naturelle) et 1,3 kW/ml (meuble vertical self service à convection forcée;
pour les applications de froid négatif, les puissances spécifiques, quant à elle, varient entre 0,4 et 2,1 kW/ml (respectivement pour les gondoles horizontales self-service en convection forcée et les meubles verticaux à convection forcée).

Le choix des portes fermées

On veillera à choisir des vitrages et des châssis de bonne qualité. on fera attention aux valeurs de consommation énergétique des couches conductrices de désembuage des faces internes des vitres. On demandera éventuellement si les cordons chauffants de porte peuvent être alimentés de manière non continue lorsque les portes son fermées.

Le choix du rideau d’air des meubles ouverts

Le choix du type de rideau d’air est principalement fonction de :

la position de l’ouverture du meuble (horizontale, verticale, inclinée, …);
la longueur de l’ouverture;
l’écart de température.

Un taux d’induction (rapport de la quantité d’air ambiant mélangé par la quantité d’air du rideau d’air et ce, par unité de temps) de l’ordre de 0,1 à 0,2 est courant et garantit la stabilité du rideau d’air. Attention que certains constructeurs proposent des doubles rideaux d’air afin de renforcer cette stabilité, mais ce n’est pas sans risques au niveau des consommations électriques des ventilateurs et de l’augmentation de puissance des évaporateurs (dans certains cas, jusqu’à 15 % de surpuissance).

Le choix du système de dégivrage

Des systèmes intelligents, comme la détection de la fin du palier de fusion de la glace ou du givre, permettent d’optimiser les temps de dégivrage.

Le choix de l’éclairage

Pour éviter de consommer inutilement de l’énergie (de l’ordre de 10 % de l’énergie de jour fournie par l’évaporateur), l’éclairage du meuble doit être prévu en dehors de la zone froide. D’une part, les lampes fluorescentes ont une mauvaise efficacité lumineuse à basse température, d’autre part, les luminaires sont des sources de chaleur et, par conséquent, augmentent les apports internes que l’évaporateur devra évacuer.

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Pour en savoir plus sur le choix des meubles frigorifiques.

Choix des chambres froides

Type d’enceinte de conservation

Suivant la capacité de conservation nécessaire pour chaque famille de matières premières (produits laitiers, viandes, …), pour les plats cuisinés à l’avance ou encore pour les produits surgelés, les enceintes seront de type armoire froide, chambre froide compacte, chambre froide modulable, …

On veillera, lors d’un projet de construction de magasin à plutôt s’orienter vers des enceintes modulables afin de permettre de suivre l’évolution de l’activité sans « devoir tout casser ».

Volume et puissance

Le volume nécessaire dépend des ventes, du choix de la gamme des produits, du rythme d’approvisionnement, de leur conditionnement, … Sur cette base, on établira le bilan frigorifique afin de déterminer la puissance de l’évaporateur. Ce calcul est très compliqué et itératif, car il est nécessaire de s’adapter à des conditions particulières telles que les nombres de dégivrages, la tenue de l’isolant dans le temps, …

À noter que le surdimensionnement de l’évaporateur et la régulation étagée du groupe frigo sont intéressants à considérer dans une démarche URE.

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Réduire la fréquence et les temps d’ouverture des portes des enceintes permet de réduire les consommations énergétiques au niveau de l’évaporateur et de son dégivrage.

Caractéristiques techniques générales

Le choix d’un réfrigérant s’effectuera en fonction du type de chambre :

Pour les chambres positives (0 à 4 °C), le R134a est souvent employé.
Pour les chambres négatives (- 10 °C-> ~ – 25 °C), on utilise le R507 ou le R404a (ces fluides sont des HFC (hydrofluorocarbone)).

Aussi, les chambres seront pourvues d’un système d’enregistrement de température au point le plus chaud.

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Pour en savoir plus sur le choix des chambres froides.

Choix de l’enveloppe de la chambre froide

Choix constructif

On évite la création de ponts thermiques par le choix des pièces de raccordement d’origine du fabricant ou par l’adaptation intelligente des panneaux isolants au droit des raccordements.

Choix du coefficient de transmission thermique des parois

Si dans le bilan thermique l’isolation des parois prend une importance relative élevée, il faut isoler (cas des chambres de conservation de longue durée). Des ordres de grandeur à atteindre pour les coefficients de transmission thermique sonts :

0,350 à 0,263 W/m²K en stockage réfrigéré,
0,263 à 0,162 W/m²K en stockage surgelé.

Pour des raisons hygiéniques, on évitera la formation de condensation; c’est pour cela qu’il est nécessaire de prévoir une isolation suffisante et placée correctement. Enfin, l’optimum des gains annuels suite à une meilleure isolation interviendra en tenant compte à la fois des coûts liés à la consommation (diminution), à l’investissement dans l’isolation (augmentation) et et la machine frigorifique (diminution).

Faut-il isoler la dalle de sol ?

Plusieurs configurations de chambres froides sont possibles.
Dans le cas :

D’une chambre négative avec pièce habitée en dessous, il y a risque de condensation sur le plafond inférieur; il faut donc isoler.
D’une chambre négative sur terre-plein, pour peu qu’il y ait de l’eau sous la chambre, il y a risque de gel; il faut aussi isoler.
D’une chambre froide positive, on isole le plancher pour autant que la chambre soit utilisée régulièrement.

Attention que l’isolation du plancher impose souvent une marche. Différentes parades tels que le plan incliné, le décaissé dans la dalle, …, permettent d’y remédier.

L’étanchéité des parois

Elle va permettre de limiter la pénétration de l’air (apports thermiques) et la diffusion de la vapeur d’eau risquant de « mouiller » l’isolation (perte de qualité de l’isolation) ou de geler en formant de la glace sur les parois intérieures (risque de déformation des panneaux). Pour réaliser cette étanchéité, la chambre sera équipée d’un pare-vapeur (en général la tôle externe) continu et les portes de joints étanches. Mais la bonne étanchéité de la chambre risque de créer une dépression interne et, par conséquent, une déformation des parois. On y remédie par la pose de soupapes de décompression.

La porte et ses accessoires

La porte de par ses ouvertures apporte des quantités importantes de chaleur et constitue donc un poste important dans le bilan thermique d’une chambre. De plus, de la condensation ou du givre se forme sur les parois. Plusieurs « trucs » permettent de limiter ces effets négatifs :

fermeture de porte automatique,
lamelles plastiques d’obturation des portes,
vitre isolée permettant de repérer ce que l’on cherche de l’extérieur.
…

La capacité thermique de la chambre

L’inquiétude des exploitants est de tomber en panne de groupe de froid alimentant les chambres froides. C’est la capacité thermique de la chambre, associée avec son isolation qui détermine combien de temps elle tiendra sa température dans une fourchette acceptable de conservation des denrées. Une bonne inertie de dalle de sol placée sur l’isolation permet de répondre en partie à ce problème.

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Pour en savoir plus sur le choix de l’enveloppe des chambres froides.

Choix de la cellule de refroidissement rapide

Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans tout atelier traiteur où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures par l’intermédiaire d’une cellule de refroidissement rapide.

Choix du procédé de production de froid

Il est de deux types :

froid mécanique;
ou cryogénique (azote liquide).

Le premier est cher à l’investissement par rapport au second. À l’inverse, en exploitation le système cryogénique est onéreux. Dans la pratique, on optera pour un froid mécanique pour la production courante et un froid cryogénique d’appoint en cas de panne de la cellule de refroidissement mécanique.

Précaution d’utilisation

Pour une bonne efficacité de la cellule de refroidissement rapide, l’espacement des denrées à refroidir est primordial.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

Le dimensionnement des cellules de refroidissement rapide nécessite de connaître la capacité de cuisson (on ne peut pas refroidir plus ou moins de repas que ceux cuisinés), le temps de refroidissement recommandé et les températures à atteindre. Il faudra encore différentier dans le dimensionnement les cellules positives des négatives; pour ces dernières, il est nécessaire de tenir compte des chaleurs sensibles positives, négatives et de la chaleur latente de congélation.

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Pour en savoir plus sur le choix de la cellule de refroidissement rapide.

Choix du compresseur

Compresseur à vis (source Bitzer), compresseur scroll (source Copeland) et compresseur semi-hermétique à piston (source Bitzer).

Les critères de choix thermiques

On doit garder à l’esprit qu’une température d’évaporation élevée et une température de condensation basse épargnent le compresseur. La température d’évaporation est souvent dictée par l’application (réfrigération, congélation) qui doit respecter les températures de conservation des denrées. La température de condensation, quant à elle, dépend de l’ambiance dans laquelle est placé le condenseur (climat externe, local technique, …). Dans les deux cas, les températures influencent le choix du compresseur.

Les critères de choix énergétiques

Les critères de choix énergétiques à émerger vraiment sont :

le coefficient de performance énergétique EER (Energy Efficiency Ratio) ou couramment appelé COP_froid. Sa valeur doit être naturellement la plus élevée possible.
le taux de compression HP/BP entre le refoulement et l’aspiration. Le taux de compression ne doit pas dépasser 8, sans quoi le rendement volumétrique du compresseur devient mauvais; c’est la raison pour laquelle en froid négatif on utilise des compresseurs à deux étages;
le rendement volumétrique est variable suivant le type de compresseur. Le rendement volumétrique des compresseurs à pistons est variable ne fonction du rapport HP/BP. Par contre celui du compresseur à vis, reste relativement stable en fonction du taux de compression.

Choix du compresseur

Il existe différentes sortes de compresseurs : volumétriques (à pistons, à vis ou à spirales) et centrifuges. On les différencie aussi suivant l’association moteur-compresseur (ouvert, semi-hermétique et hermétique).

La tendance actuelle est au choix des machines tournantes qui donnent plus de fiabilité, un rendement volumétrique plus important, une durée de vie plus longue, … Cependant, les machines tournantes (vis, scroll, …) présentent les désavantages de coûter plus cher et d’être de puissance frigorifique plus importante que les machines alternatives (piston). C’est pour cette raison que le choix de machine tournante dans les commerces de détail n’est pas souvent retenu.

Au sein d’une famille de compresseurs , on sera attentif au taux de compression qui doit être adapté en fonction de la pression de condensation et par conséquent en fonction du régime de fonctionnement du condenseur.

Dimensionnement du compresseur

Le dimensionnement courant du compresseur pour une installation de froid alimentaire est naturellement conditionné par :

le type de fluide réfrigérant;
la température nécessaire à l’application au niveau de l’évaporateur (froid positif ou négatif, type de denrées à conserver, …) et ce, dans des conditions optimales;
la température extrême qu’il peut régner au niveau du condenseur (température de l’air ou de l’eau selon le type de condenseur).

En froid alimentaire, le respect des températures de réfrigération ou de congélation est draconien. En Belgique, nous ne sommes pas privilégiés au niveau du dimensionnement par rapport au climat. En effet, pour quelques heures par an, le bureau d’études doit tenir compte, dans son dimensionnement, de la température de condensation pour une période de canicule (40-45°C sont des températures de dimensionnement courantes correspondant pour un condenseur à air à une température d’air de l’ordre de 32-35°C). En dehors de cette période, le compresseur est surdimensionné. Or on sait qu’à bas régime, le compresseur s’adapte mal et qu’une diminution de 25 % de la puissance frigorifique correspond à environ une diminution de 10 % de la consommation électrique du compresseur.

Choix de régulation de puissance du compresseur

Afin d’augmenter la performance des groupes frigorifiques, on retiendra qu’il est important de réaliser un découpage de la puissance en fonction de la charge par le choix :

d’un groupe de froid à plusieurs étages ;
d’un compresseur à vitesse variable;
de la mise en parallèle de plusieurs compresseurs avec régulation de la puissance par enclenchements et déclenchements successifs;
…

de manière à éviter le fonctionnement de chaque machine à bas régime.

Quant au réglage de la puissance du compresseur par injection des gaz chauds dans l’évaporateur ou à l’entrée du compresseur, il faut le qualifier de « pur anéantissement d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, ils provoquent un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système aberrant hors service dans les installations existantes.

Il est clair que l’optimisation de la puissance de compression n’est réalisable qu’en associant des techniques de compression de pointe avec une régulation efficace (numérique par exemple).

Critères acoustiques

Ce sont les compresseurs qui génèrent la majorité du bruit. Pour diminuer les nuisances acoustiques du compresseur, il faut prévoir les dispositifs suivants :

un capot acoustique sur la machine.
une dalle flottante équipée d’isolateurs à ressorts.
des plots en élastomère entre la machine et la dalle flottante.

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Pour en savoir plus sur le choix des compresseurs.

Choix du condenseur

Critères de choix généraux

Il faut évacuer la chaleur du réfrigérant vers l’air ambiant; c’est le condenseur qui s’en charge. Deux techniques existent pour y arriver : le condenseur à air ou à eau.

Le choix d’un condenseur dépendra en première approche :

de son emplacement par rapport au compresseur; l’idéal étant de placer le groupe de froid en toiture,
de la température de condensation conditionnée, pour une température extérieure donnée, par la surface d’échange et le débit d’air ou d’eau (les performances du compresseur seront meilleures si la température de condensation est basse),
de la température extérieure; un condenseur en plein soleil ou sous un toit noir n’est pas de bonnes idées.

Critères acoustiques

La principale source de bruit d’un condenseur est constituée par le(s) ventilateur(s). on aura toujours intérêt à les faire fonctionner à faible vitesse. Il faudra être attentif au bruit « solidien » se transmettant à la structure par les fixations du condenseur.

Choix d’un condenseur à air

L’entretien du condenseur à air est limité. Aussi, il n’y a aucun risque de gel en hiver. Mais le coefficient d’échange avec l’air étant faible, le condenseur sera volumineux, et donc lourd et encombrant. Enfin, les températures de condensation sont directement liées aux conditions de température extérieure : la pression de condensation sera forte en été (dégradation du COP de la machine frigorifique), mais plus faible en hiver, entraînant d’ailleurs un besoin de régulation adapté pour un fonctionnement correct.

Le fonctionnement du condenseur en période chaude peut être amélioré en choisissant un système d’évaporation d’eau sur la batterie de condensation (réduction de la température de l’air de refroidissement de l’ordre de 5 à 8 K). Les condenseurs « adiabatiques » permettent de prérefroidir l’air par l’évaporation d’eau qui pourrait très bien provenir d’une réserve d’eau de pluie par exemple. Cette initiative est aussi salutaire dans le sens où on pourrait sous-dimensionner le compresseur de par l’abaissement du taux de compression.

On veillera aussi à considérer :

le ventilateur, car sa consommation électrique et le bruit généré ne sont pas négligeables,
l’abaissement de la température de condensation par la considération des détails de construction, le positionnement (ombrage possible par exemple), l’environnement (toiture noire), … du condenseur;
la récupération de chaleur perdue à la sortie du condenseur;
…

Choix du condenseur évaporatif

Pour les magasins où l’installation frigorifique est de taille importante, le condenseur évaporatif est aussi une solution intéressante qui permet de garder une installation relativement simple tout en permettant de réduire les températures de condensation si chères à l’optimisation des performances énergétiques des compresseurs. Attention toutefois au risque de légionelles qui résultent souvent d’un manque de suivi et de contrôle des installations utilisant de l’eau de refroidissement.

Choix d’un condenseur à eau

Le réfrigérant de la machine frigorifique cède sa chaleur à l’eau circulant dans le condenseur. Grâce au coefficient d’échange avec l’eau 20 à 30 x plus élevé que le coefficient d’échange avec l’air, la taille du condenseur à eau sera plus réduite et l’échangeur moins encombrant. Aussi, il est moins bruyant que le condenseur à air. Cependant, il nécessite une tour de refroidissement à extérieur ainsi que tout un réseau d’eau à protéger du gel; l’installation est donc très coûteuse, raison pour laquelle en froid commercial (en particulier pour la distribution) on trouve peu d’installation de ce genre.

Une application possible est son utilisation pour les grandes surfaces où l’on veut réduire la quantité de fluide frigorigène.

Choix de la régulation

Le contrôle de la température du condenseur influence le bon fonctionnement du groupe frigo. En effet, on cherche à travailler à basse température pour soulager le compresseur. Mais si elle est trop basse, le détendeur fonctionne mal, car la pression à son entrée est trop faible et il ne peut assurer le débit de réfrigérant dans l’évaporateur. En pratique, on régule le débit du ventilateur du condenseur en fonction de sa pression d’entrée. L’utilisation de variateurs de vitesse apporte un plus dans la régulation de cette pression.

Aussi, on préférera un détendeur électronique plutôt qu’un thermostatique; en effet, l’électronique peut travailler avec des températures de condensation plus basse.

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Pour en savoir plus sur le choix du condenseur.

Choix du détendeur

Critères de choix énergétiques

Les critères de choix énergétiques des détendeurs sont :

la gestion intelligente de la surchauffe;
la capacité à travailler à des pressions d’entrée faibles pour favoriser le choix d’une stratégie de température de condensation basse.

Choix du type de détendeur

Les détendeurs thermostatiques sont souvent retenus pour leurs coûts réduits et leur capacité à gérer relativement bien la surchauffe au niveau de l’évaporateur.

Quant au détendeur électronique, il commence à être régulièrement retenu pour ses aptitudes à :

gérer la surchauffe correctement en « collant » à la valeur minimale de surchauffe stable et d’assurer ainsi un remplissage optimal de l’évaporateur quelle que soit la charge à l’évaporateur;
s’intégrer dans des systèmes de régulation globaux (régulation flottante de la pression de condensation par exemple) et communs ;
de mieux supporter les faibles différences de pression entre ses orifices lorsque l’on veut réduire au maximum la pression de condensation.

Le choix d’un détendeur électronique est donc principalement énergétique. Certains constructeurs parlent de temps de retour de l’ordre de 2,5 ans sur le surinvestissement.

Dimensionnement du détendeur

Un surdimensionnement du détendeur électronique permet de mieux accepter les pressions de condensation faibles réglées par la régulation flottante au niveau de la pression de condensation.

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Pour en savoir plus sur le choix du détendeur.

Choix du dégivrage

Du côté de la chambre froide ou du meuble frigorifique fermé ou mixte négatif, le givre diminue le transfert thermique entre l’air et la surface extérieure de la batterie. L’apport de froid vers la chambre se fait moins bien. La température de la chambre froide monte quelque peu.

D’autre part, du côté du circuit frigorifique, le compresseur de la machine frigorifique travaille avec une mauvaise efficacité énergétique : la couche de glace sur l’évaporateur peut être comparée à une couverture posée sur un radiateur (pour obtenir la même chaleur, il faudra augmenter la température de l’eau et diminuer le rendement en chaudière).

Il faut donc débarrasser périodiquement l’évaporateur du givre formé : c’est le dégivrage.

La chambre frigorifique doit donc être équipée d’un dégivrage automatique.

Le personnel d’exploitation, s’il n’effectue pas lui-même le dégivrage, doit cependant en vérifier le bon déroulement et surtout s’assurer périodiquement que les dégivrages sont effectués complètement. Aucune trace de givre ne doit subsister sur la surface froide à la fin du dégivrage.

Précautions à prendre au niveau du choix de l’enceinte et du groupe

Pour une question d’efficacité et de limitation du nombre de dégivrages, l’évaporateur doit être placé le plus loin possible de l’entrée de la chambre. De plus, pour les opérations de dégivrage proprement dites, on choisit de préférence une vanne magnétique sur le circuit réfrigérant et un manchon souple placé à la sortie du ventilateur de l’évaporateur afin de garder la chaleur lors de la coupure du ventilateur (début de l’opération de dégivrage).

Précaution à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Il est un fait certain que moins il y aura d’ouverture de la porte de la chambre (organisation rationnelle), moins on gaspillera de l’énergie nécessaire :

pour le dégivrage,
pour le refroidissement et le séchage de l’air extérieur entré par la porte,
pour évacuer la chaleur produite au niveau de l’évaporateur par l’opération de dégivrage.

Choix de la technique de dégivrage

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons :

par résistance chauffante (la plus courante pour les moyennes puissances),
par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur où l’évaporateur reçoit les gaz chauds par inversion du cycle en devenant le temps du dégivrage le condenseur du groupe frigo,
par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie,
par circulation d’air.

Les deux premières méthodes citées ci-dessus sont les plus courantes.

Choix de la régulation de dégivrage

Vu que le dégivrage est une source de dépense énergétique, l’optimisation des du dégivrage prend toute son importance en terme de fréquence et de longueur de cycle. Parmi les types de dégivrage, les plus courants sont les systèmes :

par horloges (difficulté d’optimisation par rapport à l’organisation de la cuisine),
électroniques contrôlant la présence de glace par l’analyse de la courbe de remontée en température de l’évaporateur (plateau de t° = fusion),
électroniques contrôlant l’écart de température entre l’ambiance et l’évaporateur.

Les systèmes électroniques sont en plus capables d’accepter des niveaux d’alarme, de contrôler un délestage, …

Évacuation des condensats

On cherchera le chemin le plus court pour évacuer les condensats sans qu’ils ne gèlent. Cette évacuation demandera une maintenance toute particulière, car elle influence directement le bon fonctionnement de l’évaporateur.

Les meubles fermés ou mixtes

Les principes généraux de dégivrage des chambres froides s’appliquent assez bien aux meubles frigorifiques fermés ou mixtes négatifs, car l’évaporateur subit le même type d’agressions hygrothermiques lors des ouvertures des portes. En ce qui concerne les meubles frigorifiques ouverts négatifs horizontaux (gondole par exemple) ils subissent les agressions hygrothermiques de manière moins forte vu que l’influence de l’induction de l’air de la zone de vente n’est pas prépondérante. Néanmoins, pour ce type de meubles, le dégivrage par résistance électrique ou injection de gaz chaud est souvent nécessaire.

Les meubles ouverts positifs

Ce type de meubles, quant à lui, subit les agressions hygrothermiques en permanence de par l’induction de l’air de l’ambiance de vente de manière naturelle ou au travers d’un rideau d’air en ventilation forcée. L’induction d’air apportant irrémédiablement de la vapeur d’eau contenue dans l’air ambiant sur l’évaporateur, le dégivrage est plus que nécessaire mais, vu les températures d’échange au niveau de l’air sur les ailettes de l’évaporateur sont proches de 0°C, un dégivrage naturel sans apport de chaleur est suffisant dans la plupart des applications.

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Pour en savoir plus sur le choix du dégivrage.

Choix de la régulation

Variateur de fréquence d’un compresseur (source : Delhaize).

Critères de choix

Dans ce cadre-ci, les critères de choix d’une régulation s’articulent autour de l’optimisation de la puissance frigorifique de l’évaporateur et de la consommation énergétique des équipements. Par exemple, une bonne régulation du détendeur permet de remplir idéalement l’évaporateur en fluide frigorigène afin de maximiser la puissance frigorifique et naturellement de réduire le temps de travail du compresseur.

Choix de la régulation

Le choix d’une régulation d’une application de froid alimentaire doit être pris :

dans un premier temps de manière globale. En effet, vu que le cycle frigorifique est fermé, la régulation particulière d’un équipement influence naturellement la régulation des autres. Par exemple, la régulation de la pression de condensation au niveau du ventilateur d’un condenseur à air influence celle du compresseur, etc …
dans un second temps, pour chaque équipement en particulier en fonction de l’aptitude ou pas à accepter une régulation simple ou sophistiquée.

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Pour en savoir plus sur le choix du dégivrage.

Choix d’un fluide frigorigène

Le choix d’un fluide frigorigène dépendra de plusieurs facteurs dont :

L’impact environnemental;
l’impact énergétique (ou qualité thermodynamique);
la sécurité d’usage;
les contraintes techniques;
le coût;
les tendances futures.

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Pour en savoir plus sur le choix du fluide frigorigène.

Investir dans une récupération de chaleur ?

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite des meubles frigorifiques vers l’extérieur. Par ailleurs, une proportion non négligeable des meubles frigorifiques ouverts est présente dans l’ambiance tempérée des zones de vente qui se refroidit.

En période froide, il semblerait dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique pour l’injecter dans l’ambiance plutôt que de l’évacuer à l’extérieur.

On sait aussi qu’une machine frigorifique est d’autant plus performante que sa température de condensation est basse. On se trouve donc devant un choix difficile entre :

d’une part, utiliser la température externe pour refroidir le condenseur entraînant une perte de chaleur non négligeable vers l’extérieur, mais en augmentant la performance de la machine frigorifique;
d’autre part, récupérer la chaleur de condensation pour la réinjecter directement ou indirectement dans l’ambiance des zones de vente, d’où en fin de compte elle provient.

Plus largement, la chaleur que l’on peut récupérer du cycle frigorifique peut provenir :

à haute température de la phase de désurchauffe du cycle frigorifique suivi d’une condensation classique à basse température (air externe en période froide par exemple). À ce stade, les températures peuvent être intéressantes (> 70°C voire plus) mais la quantité d’énergie échangée reste faible;
à moyenne température de la phase de condensation suivie d’une condensation classique à basse température (Chauffage au sol pour des températures de l’ordre de 35-40°C);
à basse température de la phase de condensation (préchauffage de l’eau chaude sanitaire à des températures de condensation de l’ordre de 20°C.

Application au chauffage du magasin et des annexes par l’air

Dans le cas de l’utilisation de la chaleur de condensation pour chauffer directement le magasin (cas des meubles frigoriques avec groupe condenseur incorporé), en période froide, cette technique peut être intéressante. En période chaude, il vaut mieux prévoir une évacuation de cette chaleur dehors (sinon la performance énergétique de la machine froid se dégrade).

Application au chauffage du magasin et des annexes par l’eau

La récupération de la chaleur de condensation pour chauffer de l’eau destinée à alimenter un système de chauffage au sol doit être envisagée avec précaution. En effet, pour fonctionner correctement, le chauffage au sol nécessite une température d’eau de l’ordre de 35- 40 °C. Si l’on n’y prend pas garde, les températures de condensation pourraient atteindre les 50-55°C réduisant la performance du compresseur. Enfin, en terme de confort, la solution du chauffage au sol dans les allées froides pourrait être intéressante sans trop modifier le régime de fonctionnement des meubles frigorifiques (chauffage radiant augmentant les apports externes des meubles).

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été).

Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique; ce n’est pas nécessairement le cas des magasins.

Concevoir

Pour en savoir plus sur l’intérêt d’investir dans une récupération de chaleur.

Tuyauterie des installations frigorifiques

Conduite liquide

Si elles traversent des espaces tempérés, les conduites liquides non isolées entre le condenseur et le détendeur, risquent de re-vaporiser le fluide frigorigène (« flash gaz ») causant le mauvais fonctionnement du détendeur. Au final, l’évaporateur perdra de la puissance frigorifique.

Conduite d’aspiration

Lors de la conception, le choix d’un long traçé du circuit d’aspiration crée des pertes de charge importantes qui influencent négativement le travail de compression du compresseur. Il en est de même pour le manque d’isolation, mais à plus faible échelle.

Concevoir

Pour en savoir plus sur précautions à prendre lors du placement des conduites.

Posted By : 16 Jan, 2008

Identifier les critères du confort visuel en un coup d’œil !

Quelque soit l’usage, le confort visuel se garantit autour de 6 critères :

Exemples en fonction du programme :

Pour les bureaux

Pour les salles de sports

Pour les ateliers

Pour les hôpitaux et les immeubles de soins

Pour les commerces

Pour les espaces extérieurs

Un problème d’inconfort thermique ou lumineux ? N’hésitez pas à tester notre nouvel outil de diagnostic afin de trouver la solution à votre problématique.

Posted By : 16 Jan, 2008

Comment améliorer l’installation de froid alimentaire ?

Améliorer l’étanchéité du bâtiment

De manière générale, toute infiltration d’air génère une consommation supplémentaire de chaleur en hiver, de froid en été. Elle peut être estimée en considérant qu’elle augmente la consommation liée au taux d’air neuf du magasin.

En particulier pour les magasins où le froid alimentaire est présent :

en période froide, on serait tenté de dire que c’est une bonne chose de laisser « entrer le froid » et ce afin de réduire les apports thermiques aux applications de froid (et donc réduction des consommations énergétiques). Mais bien évidemment, le confort dans les zones tempérées comme les caisses, le « no food », …, ne serait pas assuré. Pour les courageux dans les commerces de détail, on pourrait envisager un fonctionnement comme sur les marchés (boucherie, crémerie, …);

en période chaude, de manière générale, le manque d’étanchéité du magasin cause des surconsommations d’énergie électrique au niveau des compresseurs des productions de froid. En effet, la température externe (via l’ambiance du magasin) augmente indirectement les apports thermiques. Quant à l’humidité, indirectement aussi, elle générera de la condensation au niveau des points froids, mais surtout le givrage des évaporateurs des installations de froid alimentaire.

Pour les commerces, c’est principalement par les entrées que l’étanchéité est rompue.

Les portes d’entrée

De manière générale, le problème des commerces réside dans les ouvertures et fermetures incessantes des portes par les clients. Bien vite s’installe une habitude de laisser les portes ouvertes en permanence, été comme hiver, afin de faciliter l’accès à l’intérieur et, tout aussi important pour le commerçant d’améliorer son marketing (comme dirait un commerçant béninois : « entre, c’est ouvert, tout est gratuit jusqu’à la caisse !).

Les impacts énergétiques et de confort ne sont pas les mêmes suivant qu’il s’agit d’un commerce de type « no food » ou « food » :

Pour les commerces type « no food », en période froide, les ouvertures devraient être fermées afin d’éviter les pertes de chaleur vers l’extérieur. En période caniculaire, il faudrait garder les portes fermées en journée, limiter les éclairages, éviter la climatisation, … et la nuit tenter de refroidir par un free cooling de nuit (refroidissement naturel par l’air);

Pour les commerces type « food », en période froide, au détriment peut-être du confort (surtout ne faites pas fuir vos clients), certains pourraient ouvrir leurs portes (comme l’adopte si souvent les commerces « non-food » afin de réduire la sollicitation de la machine frigorifique (pour autant que le chauffage ne soit pas à fond). En mi-saison et en période chaude, par contre, il est impératif de fermer ses portes afin de réduire les apports externes vers les comptoirs ou les meubles frigorifiques.

On voit bien que les comportements des deux types de commerces sont assez différents.

Pour les grandes et moyennes surfaces, type « food »

Vu qu’il y a plus de place, en général, les améliorations possibles sont principalement la mise en place :

de sas d’entrée (coûts relativement importants);
de tourniquets;
d’une surpression contrôlée au niveau de la ventilation hygiénique afin d’éviter les courants d’air incontrôlés entre les entrées principales et les accès fournisseurs;
…

La fermeture des accès en mi-saison et en période chaude est importante.

Pour les commerces de détail, type « food »

Pour ce type de commerces, les solutions ne sont pas légion. La fermeture des accès en mi-saison et en période chaude est importante.

En période froide, mais c’est une question de motivation, quand la température externe correspond à la température de travail dans les boucheries, par exemple, pourquoi ne pas soulager la production frigorifique en laissant les portes ouvertes (vu à plusieurs reprises dans d’autres pays); il faudra naturellement tenir compte de la qualité de l’air externe.

Un exemple frappant : sur les marchés, en période froide, les besoins en froid sont très faibles.

Améliorer

Pour en savoir plus sur l’amélioration de l’étanchéité des bâtiments

Limiter les apports tant internes qu’externes

En froid alimentaire, les ennemis des meubles frigorifiques, des ateliers et des chambres froides sont les apports thermiques tant externes qu’internes.

Les apports externes

Quand on parle d’apports externes, on pense généralement aux apports solaires (rayonnement solaire direct). Ces apports solaires au travers des vitrages contribuent :

à réchauffer, directement ou indirectement via l’ambiance, les applications de froid (augmentation des apports);

à dégrader les denrées exposées à un rayonnement solaire direct au travers des baies vitrées.

Les vitrages

Baie vitrée orientation est-ouest (source : Bioshanti).

« Shede » orienté nord (source Delhaize).

Dans les bâtiments tertiaires avec apports internes élevés, il faut limiter les surfaces vitrées au Sud et surtout à l’Ouest, et prendre la lumière naturelle au Nord afin de profiter du rayonnement diffus (dans la limite des possibilités urbanistiques).

On entend par rayonnement diffus, le rayonnement émit par le ciel. Cette valeur de rayonnement a l’avantage de rester relativement constante au cours de l’année, du moins en Belgique.

Les protections solaires

Pour que les protections solaires soient efficaces, il est nécessaire de concilier la protection contre les surchauffes et un apport en éclairage naturel suffisant, quelle que soit la saison.

Les apports internes

L’apport des occupants

Les occupants apportent de la chaleur sensible (température du corps) et latente (respiration, transpiration). En période froide cet apport contribue à l’amélioration du bilan thermique du chauffage de l’ambiance de vente. Il est bien entendu que le bilan thermique des meubles frigorifiques est d’autant meilleur que les apports internes sont faibles. Néanmoins, le confort du personnel et des clients doit être assuré; ce qui signifie que les apports internes sont les biens venus en période froide si on considère que le confort thermique doit être assuré (« c’est un soulagement pour la chaudière ! »).

En période chaude, les évaporateurs des meubles frigorifiques condensent la transpiration du corps humain; ce qui défavorise le bilan thermique des évaporateurs et, par conséquent, celui de la machine de froid. Outre la fermeture des ouvertures des meubles frigorifiques, une manière d’améliorer leur bilan énergétique est de réduire au maximum les températures ambiantes à leur proximité immédiate de manière à réduire la transpiration des clients (attention au confort des consommateurs).

L’apport des équipements

Toute charge électrique (éclairage, caisse électronique, TV, Hifi, …) dans un local où le froid alimentaire est présent est payée plus d’une fois :

une fois pour effectuer le travail attendu (consommation électrique pour produire de la lumière par exemple),

plus une partie pour évacuer cette énergie qui s’est transformée en chaleur et qui doit être évacuée par l’évaporateur et, in fine, par la machine frigorifique.

L’éloignement des sources de chaleur tel que les fours de boulangerie, rôtissoires, … des comptoirs frigorifiques est nécessaire. En ce qui concerne les éclairages à proximité immédiate des meubles frigorifiques, s’ils sont nécessaires à la vente, la sélection d’une source lumineuse énergétique efficace est de mise.

Améliorer le confort thermique

Illustration améliorer le confort thermique.

On sait que le travail dans les ambiances froides des commerces doit-être adapté. Le seul moyen d’améliorer son confort est d’adapter son habillement et son temps de travail à la température qu’il y règne.

A proximité des meubles frigorifiques ouverts ou dans les « allées froides », le message doit être très clair : le confort des clients et du personnel de réapprovisionnement des meubles ouverts est quasi incompatible avec la performance énergétique du froid alimentaire et, dans une moindre mesure avec l’efficacité thermique, à moins de fermer les frigos.

Le tout est de savoir ce que l’on veut !

Dans les allées froides des meubles frigorifiques ouverts

Fermer les ouvertures

Le simple fait de fermer une ouverture de meuble frigorique ouvert, réduit considérablement les déperditions typiques à ce type de meuble (par induction d’air et par rayonnement) de l’ordre de 30 à 40 %. Lorsque les ouvertures des meubles sont obturées, l’air d’ambiance à leur proximité immédiate se refroidit moins, les échanges radiatifs entre les parois froides et le corps humain sont réduits, d’où l’impression de confort accrue.

Photo frigos fermés.

Meuble négatif et meuble positif (source Bioshanti).

Faut-il chauffer les allées froides ?

À cette question délicate on aurait tendance à répondre ceci :

« Êtes-vous bien sûr de ne pas vouloir fermer les ouvertures même en journée ? »

Dans la négative, une seconde question vient tout de suite à l’esprit :

« Pensez-vous, si vos clients sont sensibilisés, que réduire la température de confort dans les espaces de froid alimentaire va les faire fuir ? »

Dans l’affirmative, il vaut mieux chauffer les allées froides à l’aide d’un système de chauffe performant à haut rendement.

Dans les zones froides

Adapter l’habillement et le temps de travail

L’adaptation de sa tenue vestimentaire et de son temps de travail dans les zones réservées au personnel (atelier chambre froide, …) est nécessaire pour améliorer le confort et la sécurité thermique.

Améliorer le confort acoustique

Évaluer

Après l’analyse de la situation sur le terrain, la logique à suivre est basée sur le type de bruit.

Soit le bruit est aérien

Puisqu’il est produit par l’écoulement de l’air et les turbulences qui y sont liées, on peut envisager de réduire la source du bruit, par exemple en diminuant la vitesse du ventilateur, en améliorant l’écoulement dans les bouches, dans les coudes,…

À défaut, puisque ce bruit dispose d’un spectre développé surtout dans les hautes fréquences, il est possible d’absorber le bruit par des matériaux fibreux : silencieux, parois de gaines absorbantes,…

Si ce bruit est transmis entre deux locaux, c’est l’isolation phonique de ces parois qu’il faut améliorer.

Soit le bruit est solidien (bruit d’impact)

Puisque ce sont les vibrations des équipements qui sont transmises à la masse du bâtiment, la diminution de vitesse permettra également de réduire les vibrations. Certaines sociétés de maintenance peuvent enregistrer les vibrations émises à l’arbre d’un ventilateur et dire si un balourd serait responsable du bruit en cause.

Réaliser le doublage acoustiques des parois

Lorsqu’un local est adjacent à un local technique, différentes dispositions peuvent être prises afin de réduire la transmission du bruit tel que le dédoublement des parois de carton-plâtre, …

Renforcer l’isolation acoustique des baies vitrées

Si l’objectif est de se protéger d’un bruit extérieur (bruit de condenseur sur une plate-forme, par exemple), une amélioration de la qualité acoustique des baies peut être envisagée. Et le premier regard doit se porter sur l’étanchéité à l’air (davantage que sur la vitre elle-même). En effet, le bruit passe essentiellement par l’inétanchéité des joints. C’est ce qui fait la médiocre qualité des fenêtres coulissantes…

Diminuer les consommations énergétiques des meubles

La principale consommation énergétique des meubles frigorifiques ouverts est issue de l’échange entre l’ambiance de la zone de vente et l’intérieur du meuble au travers :

du rideau d’air par induction et rayonnement;
des parois de la « carcasse » du meuble par conduction et convection. Il constitue les apports externes.

Cependant, il ne faut pas négliger les apports internes constitués par l’éclairage internes des denrées, la production de chaleur des ventilateurs, des cordons chauffants et des systèmes de dégivrage.

La solution radicale

Meuble frigorifique ouvert et confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Quel que soit le type d’application de froid alimentaire, le confinement des denrées dans des espaces fermés est la règle d’or.

Il faut bien reconnaître que dans la pratique, ce n’est pas tout à fait le cas vu la recrudescence des meubles frigorifiques ouverts afin de favoriser la vente. Néanmoins, certains magasins ont appliqué cette excellente résolution avec succès sans impact sur le chiffre d’affaire en plaçant des protections devant les meubles.

Par exemple, le placement de fermetures en plexyglass sur les gondoles négatives a permis à une chaîne alimentaire de notre pays de réduire les consommations énergétique de l’ordre de 30 à 35 % (source DAPESCO).

D’autres encore ont opté pour des solutions encore plus radicales, à savoir le confinement global ou partielle d’une grande partie des produits frais dans des chambres froides avec libre passage des clients au travers d’ouvertures contrôlées.

Optimiser l’efficacité du rideau d’air

Pour les irréductibles des meubles ouverts, l’optimisation du rideau d’air est impératif. Ce mal nécessaire limite les apports de chaleur par induction de l’air ambiant, à hauteur de 50 à 66 % de la puissance frigorifique nécessaire à l’évaporateur et, in fine, à la machine frigorifique.

Ces échanges de chaleur entre l’ambiance des zones de vente et les denrées doivent être réduits au maximum. Pour atteindre ce but, un optimum est à trouver au niveau du débit du rideau d’air. On conseille en pratique de limiter les vitesses des rideaux d’air :

pour les meubles horizontaux, à 0,5 m/s;
pour les meubles verticaux, entre 0,6 et 0,7 m/s.

Réduire les pertes par rayonnement

Surtout pour les meubles frigorifiques horizontaux négatifs (« bacs à frites », « bacs à glace », …), l’échange par rayonnement entre les parois des meubles et le plafond peut représenter de l’ordre de 40 % de l’appel de puissance à l’évaporateur. La réduction des consommations énergétiques passe par le placement de « baldaquins » qui permettent de réduire les températures des denrées en surface de l’ordre de 3 à 5 °C. De même, la création « d’allée froide » (meubles verticaux ouverts positifs placés en vis à vis) réduit aussi les apports par rayonnement. Attention seulement au confort.

Baldaquins pour les meubles horizontaux ouverts.

Limitation du rayonnement vers le plafond

Placer ou optimiser les protections de nuit

Le simple placement de couvertures de nuit pour les meubles ouverts horizontaux ou de rideaux de nuit pour les meubles ouverts verticaux permet de réduire les consommations énergétiques de l’ordre de 8 à 30 % selon le cas.

Optimiser ou supprimer l’éclairage des tablettes

Le placement d’éclairage dans l’enceinte même du meuble frigorifique est une très mauvaise idée puisque le commerçant puise deux fois et peut-être plus à sa propre caisse :

une première fois parce que l’éclairage proprement dit consomme de l’électricité;

une seconde fois pour la simple raison qu’une grande partie de l’énergie consommée par les luminaires est transformée en chaleur et doit être évacuée par l’évaporateur;

enfin, vu que la plupart des luminaires utilisés en froid commercial sont des lampes fluorescentes (TL), à basse température, ce type de lampes a un mauvais rendement lumineux (de l’ordre de 40 %).

Une nette amélioration passe par la coupure des éclairages à l’intérieur de l’enceinte du meuble et l’optimisation ou le placement d’un éclairage performant à l’extérieur du meuble comme par exemple en dehors du rideau d’air.

Optimiser le dégivrage

L’air ambiant autour de l’évaporateur contient de l’eau. Cette eau givre au contact des surfaces froides de l’évaporateur lorsque la température du fluide à l’intérieur de celui-ci est inférieure à 0°C.

Il faut donc débarrasser périodiquement l’évaporateur du givre formé : c’est le dégivrage.

La chambre froide, les meubles frigorifiques, les vitrines, …doivent donc être équipées d’un dégivrage automatique.

Amélioration du dégivrage au niveau des chambres froides

Pour une question d’efficacité et de limitation du nombre de dégivrages, l’évaporateur doit être placé le plus loin possible de l’entrée de la chambre ou des bouches de reprise des meubles frigorifiques. Si dans votre situation existante ce n’est pas le cas, il faut envisager de la déplacer. De plus, pour les opérations de dégivrage proprement dites, on vérifie qu’une vanne magnétique sur le circuit réfrigérant est présente (début de l’opération de dégivrage). Dans la négative, à voir avec le frigoriste l’intérêt de la placer. Le placement d’un manchon peut s’avérer intéressant.

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de l’enceinte

Il est un fait certain que moins il y aura d’ouvertures des portes du meuble fermé ou de la chambre froide (organisation rationnelle), moins on gaspillera de l’énergie nécessaire :

pour le dégivrage,
pour le refroidissement et le séchage de l’air extérieur entré par la porte,
pour évacuer la chaleur produite au niveau de l’évaporateur par l’opération de dégivrage.

Amélioration ou remplacement de la régulation du dégivrage

Vu que le dégivrage est une source de dépense énergétique, l’optimisation du dégivrage prend toute son importance en terme de fréquence et de longueur de cycle. Parmi les types de dégivrage, les plus courants, du moins au plus efficace, sont les systèmes :

par horloges (difficulté d’optimisation par rapport à l’organisation de la cuisine) – -> +;
électroniques contrôlant la présence de glace par l’analyse de la courbe de remontée en température de l’évaporateur (plateau de t° = fusion) –> ++;
électroniques contrôlant l’écart de température entre l’ambiance et l’évaporateur –> +++.

Les systèmes électroniques sont en plus capables d’accepter des niveaux d’alarme, de contrôler un délestage, …

Dans le cadre d’une rénovation conséquente, il serait intéressant, si la régulation existante est vétuste, de la moderniser.

Les meubles fermés ou mixtes négatifs

Les principes généraux de dégivrage des chambres froides s’appliquent assez bien aux meubles frigorifiques fermés ou mixtes négatifs car l’évaporateur subit le même type d’agression hygrothermique lors des ouvertures des portes. En ce qui concerne les meubles frigorifiques ouverts négatifs horizontaux (gondoles par exemple), ils subissent les agressions hygrothermiques de manière moins forte vu que l’influence de l’induction de l’air de la zone de vente n’est pas prépondérante. Néanmoins, pour ce type de meubles, le dégivrage par résistance électrique ou injection de gaz chaud est souvent nécessaire. A vérifier sa présence et son efficacité par un contrôle du niveau de givrage.

Les meubles ouverts positifs

Il est nécessaire d’adapter les périodes de dégivrage de chaque groupe de meuble en cas de présence massive de linéaires afin de réduire la pointe quart horaire.

Améliorer la machine frigorifique

Remarques :

Pour les actions développées ci-dessous, il est difficile et pas forcément nécessaire d’établir de savants calculs de rentabilité ! Souvent, la méthode par essais successifs (modification de la consigne, …) entraîne des économies importantes, sans même que l’utilisateur ne s’en aperçoive…

Il est cependant toujours utile de consulter préalablement le fournisseur du matériel.

Vous trouvez qu’il y a bien trop de choses à lire : mettez un compteur de COP sur l’installation, imposez une valeur minimale et laissez la société de maintenance se débrouiller, c’est son boulot après tout.

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

Réduire la consommation d’énergie,
limiter la pointe de puissance quart-horaire,
améliorer la maintenance de l’installation.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

En partant du constat que les groupes frigorifiques sont surpuissants lors du dimensionnement de l’installation un technicien peu agir à plusieurs niveaux pour réguler la puissance du ou des compresseurs en fonction de la charge réelle :

Mieux contrôler les cascades si l’installation comporte plusieurs compresseurs ou plusieurs étages de compression;

Adapter la puissance de la machine en faisant varier la vitesse du compresseur ou en mettant hors service certains cylindres tout en sachant que les bas régimes ne sont pas énergétiquement profitables;

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds à l’évaporateur (destruction de l’énergie).

Augmenter le seuil de déclenchement de la haute pression du compresseur.

Une supervision par régulation numérique

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années. Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences, mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.

Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

Améliorer le fonctionnement du condenseur

Le principe de base est l’abaissement de la température de condensation. Pour y arriver, on peut :

Positionner et configurer le condenseur dans un endroit où la fraîcheur de l’air extérieur est mise à profit en évitant les recirculations d’air extrait;

Favoriser l’échange de chaleur par un entretien régulier des ailettes des condenseurs à air et par un détartrage régulier des condenseurs à eau;

Réguler la vitesse des ventilateurs des condenseurs à air en fonction de la charge réelle;

Travailler avec des détendeurs électroniques plutôt qu’avec des thermostatiques.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Le placement de compteurs horaires sur l’alimentation électrique du compresseur permet d’évaluer la puissance moyenne au cours de l’année en fonction du nombre d’heures de fonctionnement et du dimensionnement de la machine. Le calcul du COP_froid au cours de l’année nécessite de mesurer la consommation électrique du compresseur.

Récupérer l’eau de pluie et les condensats des évaporateurs

Il faut garder à l’esprit qu’une partie de l’énergie prise à l’ambiance par les évaporateurs des meubles frigorifiques est perdue. À l’heure actuelle, les condensats qui se forment au niveau de l’évaporateur sous forme d’eau, de givre, … sont mis à l’égout en permanence ou lors des dégivrages. On estime la quantité d’eau glacée mis à l’égout aux alentours de 0.6 à 1 litre d’eau par mètre linéaire de meuble et par heure. Elle représente une source de refroidissement du condenseur qui peut être intéressante à récupérer dans certains cas. A méditer !

Il pleut beaucoup en Belgique. Alors, pourquoi ne pas récupérer l’eau de pluie. On estime à 0,06 m³/m².mois la quantité d’eau qui tombe. Pour les grandes surfaces pourquoi ne pas combiner la récupération d’eau de pluie pour les sanitaires du personnel avec un refroidissement adiabatique des condenseurs.

Récupération de chaleur au condenseur

La récupération de la chaleur de réjection (au condenseur) dans une installation existante doit être considérée comme une intervention importante; ce qui signifie, tout comme les projets de conception, qu’elle doit passer entre les mains expertes d’un bureau d’étude spécialisé sachant qu’une récupération mal étudiée pourrait, sous certaines conditions s’avérer devenir une « catastrophe énergétique » comme le chauffage du magasin par l’équivalent d’un chauffage électrique direct.

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite du bâtiment vers l’extérieur.

Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique. Par la même occasion, on améliore le rendement du groupe de froid en abaissant la température de condensation.

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’air

En première approche, il est indispensable de garder à l’esprit que la récupération de chaleur au condenseur passe après :

la limitation des apports tant externes (rayonnement solaire direct, meubles frigorifiques ouverts, …) qu’internes (éclairage d’étagères, ventilateur peu performant, …);
l’isolation de l’enveloppe du magasin par rapport aux rigueurs du climat;
la fermeture des meubles frigoriques ouverts
…

Si vraiment toutes ces améliorations sont impossibles à réaliser pour des questions budgétaires, architecturales, …, des calculs simplifiés purement théoriques montrent que la récupération directe de chaleur dans l’enceinte du magasin est intéressante lorsqu’elle est importante et permettrait, par exemple, de compenser les déperditions d’un magasin peu isolé.

Récupération de la chaleur de condensation.

Evacuation de la chaleur de condensation à l’extérieur.

On voit tout de suite d’après les figures ci-dessus, qu’en période froide, la récupération est maximale lorsque la chaleur des condenseur est récupérée dans le magasin. Dans cette configuration, on réduit théoriquement les consommations de chauffage par 3.

Il est évident que la mise en œuvre d’un tel système n’est pas simple. En effet, en période chaude, la chaleur à évacuer des condenseurs est excédentaire et doit donc être évacuée à l’extérieur.

Un grand distributeur en Belgique a effectué plusieurs essais d’installations comme montré ci-dessous :

en pérode froide, la chaleur est récupérée;
en période chaude, la chaleur est évacuée.

Récupération de la chaleur de condensation.

Evacuation de la chaleur de condensation à l’extérieur.

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’eau

Une idée novatrice, serait de récupérer une partie de la chaleur de réjection d’un condenseur à eau et de l’injecter dans un chauffage au sol. Le confort dans les allées froides devrait être meilleur. À l’heure actuelle, les systèmes mis en œuvre n’ont pas encore fournit de résultats de bilans énergétiques chiffrés et validés.

Exemple de schéma de principe.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été).

Améliorer la maintenance de l’installation

Il est impossible de reprendre ici toutes les règles d’entretien pour toutes les installations frigorifiques. Cependant, on peut attirer l’attention sur les interventions qui influencent la facture énergétique.

Machine frigorifique

Une check-list du groupe frigorifique est reprise dans les pages de détails; en voici les principaux points :

Température et régime d’eau glacée,
intensité mesurée au compresseur,
écart de température entre le condenseur et le fluide refroidissant,
…

Un contrôle régulier de ces points de mesure améliore le rendement, les consommations et la durée de vie de l’installation.

Boucle frigoporteur

La mesure régulière des températures d’eau glycolée permettra de mettre en évidence des pertes d’efficacité des groupes frigorifiques dues principalement :

à des températures de boucle trop élevées;
à des écarts de températures entre l’entrée et la sortie de l’évaporateur trop faible traduisant des débits d’eau trop importants;
…

Aérorefroidisseurs

Le contrôle de l’état d’encrassement et de corrosion des ailettes, le suivi de la régulation de l’aérorefroidisseur telle que la régulation de la pression de condensation en vérifiant le fonctionnement des ventilateurs.

Déclenchements du compresseur par forte température extérieure

L’augmentation temporaire du niveau de déclenchement de la haute pression (avec accord du constructeur) permet dans un temps limité de pallier au manque de puissance de l’installation.

Nuisances acoustiques

Si la nuisance sonore est surtout importante aux basses fréquences, il est possible que les machines tournantes (ventilateur du condenseur, moteur du compresseur,…) soient mal équilibrées. Ce défaut s’accentue avec l’usure des équipements; des solutions sont possibles …

Remplacer le fluide frigorigène

Améliorer

Pour en savoir plus sur le remplacement du fluide frigorigène

Posted By : 16 Jan, 2008

Évaluer l’installation de froid alimentaire

La qualité de la chaîne du froid

Depuis le stade de la production jusqu’à celui de la consommation, la limitation de la dégradation des denrées alimentaires passe par le maintien de la « chaîne du froid « . Que les denrées arrivent dans les commerces au stade « en l’état » (ne subissent pas de transformation depuis leur culture, leur pêche, …) ou « manufacturées (fromage, yaourt, …), la température de conservation, l’humidité sont des données essentielles pour ralentir leur dégradation. En effet, il faut garantir aux consommateurs une qualité des denrées au niveau hygiénique, nutritionnel et organoleptique.

Deux techniques de conservation prédominent, à savoir :

la réfrigération ou froid positif (> 0 °C, 4 à 8 °C, >8 °C);
la congélation ou froid négatif (-24 °C,-18 °C, -12 °C).

Les équipements frigorifiques doivent donc assurer l’hygiène dès l’arrivée des denrées dans les magasins de distribution et durant tout leur cycle de vie depuis les zones de stockage jusqu’à leur distribution.

Températures à garantir
Chambre froide fruits et légumes	4 à 6 °C
Chambre froide viande	2 à 4 °C
Chambre froide poisson	2 à 4 °C
Chambre froide pâtisserie	2 à 4 °C
Chambre froide de jour	2 à 4 °C
Congélateur	– 12 à – 24 °C
Local de stockage des déchets	10 °C
Cave à vin conditionnée	10 à 12 °C/HR 75 %
Local de tranchage	10 °C

Réglementation

Deux réglementations européennes décrivent principalement les dispositions à prendre pour les conservations des denrées alimentaires classiques (CE 852/2004) et d’origine animale (CE 853/2004) (PDF).

Deux Arrêtés royaux (AR 57470 paru au moniteur belge du 22.12.2005 et AR 57449 paru au moniteur belge du 22.12.2005) traduisent respectivement les réglementations européennes en droit belge.

Recommandation

Les réglementations en matière d’hygiène alimentaire ne précisent que très peu les températures de conservation à respecter durant toute la chaîne alimentaire froide. Aussi, la plupart se réfèrent au code de bonne pratique HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point).

Les Guides HACCP pour les PME et les artisans représentent une source importante d’informations concernant les températures réglementées en fonction du type de denrée.

Comment évaluer sa situation ?

L’évaluation de la qualité de la chaîne de froid passe principalement par le respect et le contrôle :

des températures de conservation et des fluctuations autour de la valeur moyenne de ces températures;
des durées de conservation;
de la qualité des emballages;
…

Du point de vue énergétique, la mesure des températures de conservation est essentielle.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation de la qualité de la chaîne du froid alimentaire

Le confort thermique et acoustique

Le confort thermique

Le confort thermique du corps humain est complexe car différents paramètres l’influencent; à savoir principalement :

la température de l’air;
la température de rayonnement du milieu qui l’entoure;
l’humidité de l’air;
la vitesse de l’air;
son métabolisme et le type de vêtements qui le recouvre.

Dans les commerces, la présence du froid alimentaire complexifie la perception du confort thermique puisque les travailleurs peuvent se retrouver confrontés à des températures variables dans des laps de temps assez courts comme passer d’une température de -18 °C dans les chambres froides à 18 °C dans les réserves et vice versa.

Effet du froid sur le corps humain ?

Le corps humain est prévu pour fonctionner à une température constante de 37 °C. Quand il est soumis à des températures externes basses, des mécanismes complexes internes adaptent le métabolisme afin de rétablir l’équilibre thermique. Le froid, dans des conditions extrêmes de température peut devenir vite dangereux pour la santé.

Quels risques pour la santé ?

L’exposition à des basses températures se rencontre fréquemment dans la chaîne de froid alimentaire que ce soit au niveau du personnel ou des clients. Les principaux effets sur la santé d’une exposition directe et prolongée au froid sont :

l’hypothermie;
l’engelure;
un risque accru de troubles musculosquelettiques (TMS) en cas d’exposition prolongée.

Dans les commerces, ce dernier risque est le plus représentatif des problèmes liés au travail dans le froid. Une exposition prolongée des extrémités du corps (mains principalement) au froid entraîne une perte de dextérité liant les basses températures aux risques d’accident du travail.

Quels facteurs de risque ?

Les facteurs de risque sont de différents types :

climatiques ou ambiants tels que la température, l’humidité et la vitesse de l’air. En dessous de 15 °C l’inconfort est présent, sous les 5 °C, il y a un risque pour la santé, au-dessus d’une vitesse de déplacement de l’air de 0,2 m/s, la sensation d’inconfort s’accroît, …

liés au poste de travail ou à la tâche à exécuter. Le type d’habillement, la pénibilité du travail (transpiration ou pas), … prennent toute leur importance par rapport au risque d’inconfort et d’accidents liés au froid;

individuels tels que le type d’alimentation, l’état de fatigue, le sexe, …

Comment évaluer sa situation ?

L’évaluation du confort passe par l’élaboration d’une méthode de quantification de l’équilibre thermique du corps humain en fonction des contraintes externes et de l’habillement. L’indice d’isolation vestimentaire IREQ (Required Clothing Insulation Index) permet de choisir des vêtements adaptés au froid en assurant au corps un bon équilibre thermique. Il est admis que cet indice doit être utilisé lorsque la température est inférieure à 10 °C. Un IREQ couramment rencontré est 2,6.

L’évaluation de la « température cutanée du dos de la main » permet d’établir un seuil en dessous duquel la dextérité des mains se réduit; c’est le cas en dessous de 24 °C. Dès cet instant, il est nécessaire d’adapter son temps de travail et exposé et de choisir un type de gant adapté à la tâche.

Une tenue vestimentaire composée :

de sous-vêtements;
d’un caleçon long;
d’un pantalon;
d’une veste isolante;
d’un surpantalon ;
de chaussettes ;
de chaussures;
d’un bonnet;
de gants;

permet d’atteindre un IREQ de l’ordre de 2,6.

Attention que la couche la plus proche de la peau doit être isolante et perméable à la transpiration de manière à éloigner l’humidité de la peau afin de la maintenir sèche.

Recommandations, normes et règlementations

La norme EN 511 définit les exigences et les méthodes d’essai des gants de protection contre le froid, d’origine climatique ou artificielle, transmis par convection ou par conduction jusqu’à – 50 °C;

Le prEN 342 spécifie les exigences et les méthodes d’essais de performance des vêtements de protection contre le froid à des températures inférieures à – 5 °C.

L’inconfort des bouches de pulsion d’air

Lorsque l’air pulsé entre dans la zone d’occupation du local, il se réchauffe au contact de l’air ambiant. Si la différence de température entre cet air et l’air ambiant dépasse encore 1 °C en pulsion froide on risque de ressentir une sensation de « masse d’air » lorsque l’on se déplace dans le local.

La zone d’occupation est souvent représentée par la surface du local de laquelle on a soustrait une bande de 50 cm le long des murs intérieurs et de 1 m le long des murs extérieurs, ce sur une hauteur de 1,8 m. Dans cette zone, à 1.8 m du sol, la vitesse de l’air ne devrait pas dépasser 0,2 m/s et le long des murs 0,4 m/s.

Dans l’évaluation du confort, on veillera ce que l’effet COANDA (effet plafond) ne soit pas perturbé par des obstacles au plafond (retombée, poutre, luminaires, …)

Locaux requérant une attention particulière

> Les chambres froides

Il n’y pas vraiment de confort dans ces locaux sachant que les températures sont basses, les mouvements d’air important, … Heureusement pour le travailleur, il n’y passe que très peu de temps. De plus, il est nécessaire qu’il s’habille en conséquence pour limiter les risques liés au froid intense.

> Les zones climatisées

La liaison froide est en général recommandée par HACCP (Hazard Analysis Critical Control Point) lorsque l’activité dans les commerces nécessite de transformer les denrées alimentaires; c’est le cas par exemple des boucheries, des traiteurs, … Ces zones sont occupées par du personnel qui doit travailler dans une ambiance où la température ne peut pas dépasser 12 °C. Comme on peut s’y attendre, l’inconfort est un souci majeur.

> Les allées froides des meubles frigorifiques ouverts

L’ouverture permanente des meubles frigorifiques dans les « allées froides » perturbe le confort du personnel et des clients d’autant plus que dans un souci d’une part de vente et d’autre part d’efficacité énergétique, les meubles frigorifiques verticaux sont en vis-à-vis et, par conséquent augmentent l’inconfort au point de devoir chauffer la partie centrale des allées. Dans la pratique, les températures au centre des « allées froides peuvent descendre à 16 °C.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation du confort thermique.

Le confort acoustique

Un faible niveau sonore améliore la qualité de l’ambiance de travail et réduit la fatigue.

Outre le confort thermique, certaines ambiances des locaux liés au froid alimentaire sont souvent inconfortables. On se référera, par exemple, aux ateliers de boucherie où les ventilateurs des évaporateurs peuvent être, si on n’y prend pas garde, de véritables sources de nuisance sonore. Idem dans les surfaces de vente, les meubles frigorifiques ouverts ont des rideaux d’air qui peuvent, faute d’entretien, devenir bruyants perturbant le confort sonore des clients.

Attention qu’il faut bien distinguer les zones de présence permanence (par exemple les ateliers, les espaces de vente, … ) des zones où la présence des travailleurs est momentanée (chambre froide de stockage par exemple).

Valeurs recommandées

Quel confort acoustique est à atteindre dans les locaux, quel niveau de bruit maximum est acceptable ?

Dans les commerces, une valeur souvent rencontrée est de l’ordre de 35-45 dB.

Comment évaluer sa situation ?

Avant de l’évaluer, il est primordial de déterminer les sources en différenciant les bruits aériens (transmission des vibrations par l’air) des solidiens (transmission des vibrations, des impacts par la masse du bâtiment par exemple).

On veille aussi à prendre soin de l’isolation des bâtiments par rapport aux bruits extérieurs (notamment, les fenêtres sont un point faible dans la façade). Une fois la source sonore nuisible isolée, on peut évaluer sa valeur par l’utilisation d’un sonomètre.

L’efficacité énergétique des meubles frigorifiques, des chambres froides, …

Les meubles frigorifiques ouverts et fermé

Les efficacités thermique et énergétique des meubles frigorifiques ouverts ou fermés sont intimement liées. Dans les deux cas, il est nécessaire de maintenir à température les denrées tout en optimisant les consommations énergétiques.

Dans les commerces où le froid alimentaire est très présent, les consommations qui lui sont liées (y compris la production frigorifique) représentent en direct de l’ordre de 30 à 55 % du total des consommations électriques.

Attention qu’à l’heure actuelle des consommations parallèles (ou indirectes) peuvent être générées par le refroidissement excessif des ambiances des magasins (quantité de linéaire ouvert très importante) en augmentant les consommations HVAC (Heating Ventilation Air Conditioning). C’est le cas notamment pour assurer le confort comme le réchauffement des « allées froides ».

La principale consommation énergétique :

des meubles frigorifiques fermés provient de l’échange d’air entre l’ambiance de la zone de vente et l’intérieur du meuble lors de l’ouverture des portes;

celle des meubles frigorifiques ouverts est issue de l’échange d’air entre l’ambiance de la zone de vente et l’intérieur du meuble à travers le rideau d’air ou l’interface entre les deux ambiances climatiques.

Certifications et normes

La performance énergétique des meubles frigorifiques peut être déterminée dans le cadre d’une certification EUROVENT. La plupart des grandes marques adhèrent à cette certification qui permet de comparer des pommes avec des pommes au niveau des consommations énergétiques des équipements.

Des tests sont réalisés en laboratoire dans des classes de fonctionnement tendant à se rapprocher le plus possible de la réalité du terrain. Les fourchettes de consommation moyenne totale TEC/TDA des meubles certifiés par EUROVENT sont :

pour la réfrigération (froid positif) comprise entre 5 et 15 kWh/m².jour* selon l’application;
pour la congélation (froid négatif) comprise entre 20 et 35 kWh/m².jour* selon l’application.

* : consommation électrique totale du meuble par m² de surface totale d’exposition et par jour.

Attention que ces valeurs ne sont pas des critères d’efficacité énergétique, mais simplement des mesures de consommations énergétiques selon un même protocole de mesures.

Apports thermiques

Les apports thermiques des meubles ouverts et fermés influencent leur bilan énergétique. Ils proviennent des apports internes et externes :

les apports internes sont principalement dus à l’éclairage, la chaleur des ventilateurs en convection forcée, les cycles de dégivrage, …;
les apports externes eux proviennent de l’ambiance de la zone de vente par induction et rayonnement au niveau de l’ouverture, par pénétration au niveau des parois, …

Bilans thermique et énergétique

> Les meubles ouverts

Le bilan thermique des meubles permet de dégager les consommations énergétiques de la production frigorifique (consommations électriques des compresseurs principalement). En effet, le bilan thermique des apports tant internes qu’externes détermine la puissance frigorifique de l’évaporateur des meubles qui, elle, conditionne au cours du temps le bilan énergétique de la machine frigorifique :

pour les applications de froid positif, on retiendra que l’évaporateur doit fournir les 2/3 de son énergie frigorifique pour combattre principalement l’induction au travers de l’ouverture du meuble.

Pour les applications de froid négatif, la plupart des consommations énergétiques proviennent surtout des apports externes (induction, rayonnement et pénétration) mais aussi du dégivrage. Il faudra donc en tenir compte dans une démarche énergétique URE (Utilisation Rationnelle de l’Énergie).

Exemple d’apports énergétiques d’un meuble ouvert vertical positif d’apports énergétiques d’un meuble ouvert horizontal négatif.

> Les meubles fermés

Le même exercice pour les meubles fermés :

en journée, l’évaporateur doit fournir une énergie frigorifique pour combattre principalement l’induction au travers de l’ouverture des portes du meuble. Cette induction représente 25 % des apports internes et externes tandis que les dégivrages nécessaires par résistances électriques représentent, quant à eux, 25 % des apports;

en dehors des périodes d’occupation, la moitié des apports proviennent de la pénétration au travers des vitres.

Exemple d’apports énergétiques de jour d’un meuble fermé vertical négatif et d’apports énergétiques de nuit d’un meuble fermé vertical négatif.

Dans certains cas, la consommation moyenne des meubles fermés peut être de l’ordre de 50 % du même modèle de meuble ouvert.

Puissances frigorifiques spécifiques et températures

La classification des meubles frigorifiques s’articule principalement sur des valeurs de puissance frigorifique par mètre linéaire [W/ml] :

pour les meubles ouverts :
- pour les applications de froid positif, les puissances spécifiques oscillent en général entre 0,2 kW/ml (vitrine service par le personnel en convection naturelle) et 1,3 kW/ml (meuble vertical self service à convection forcée);

- pour les applications de froid négatif, les puissances spécifiques, quant à elle, varient entre 0,4 et 2,1 kW/ml (respectivement pour les gondoles horizontales self-service en convection forcée et les meubles verticaux à convection forcée).

Pour les meubles frigorifiques fermés, les valeurs de puissance frigorifique par mètre linéaire sont de l’ordre de 0,8 à 0,9 [kW/ml]. On rencontre la plupart des meubles fermés dans les applications à froid négatif. Imaginez ce que serait la consommation des meubles à froid positif fermés.

Influence sur le bilan frigorifique du rideau d’air, du givrage, …

> Les rideaux d’air

Rideau d’air d’un meuble vertical ouvert positif.

Rideau d’air d’un meuble horizontal ouvert négatif.

Le point faible des meubles frigorifiques ouverts est naturellement la difficulté de maintenir une température interne basse au sein du meuble par rapport à une ambiance des zones de vente de l’ordre de 20 °C, soit un écart de température pouvant aller jusqu’à 50 °C, voire plus dans certaines conditions. Le rideau d’air vient au secours de ce type de meubles.

Pour évaluer l’efficacité d’un rideau d’air, on définit en général le taux d’induction X par le rapport de la masse d’air ambiant mélangée à celle du rideau d’air du meuble par unité de temps.

Le taux d’induction optimal est :

de l’ordre de 0,05 à 0,06 pour les meubles horizontaux;
de l’ordre de 0,1 à 0,2 pour les verticaux.

Le mélange de l’air ambiant et de l’air du rideau et de l’air interne au meuble entraîne deux phénomènes :

le refroidissement et la déshumidification de l’air ambiant externe au meuble (zones de vente);

le réchauffement et l’humidification à la reprise du rideau d’air. Ce deuxième phénomène est la cause principale de la consommation énergétique de l’évaporateur et, par conséquent de la production de froid (énergie nécessaire au refroidissement et au dégivrage).

Intuitivement, les déperditions par induction seront plus grandes pour les meubles frigorifiques verticaux de par un taux d’induction plus important.

> Le givrage

Formation de givre.

La formation de givre entraîne une réduction de la puissance frigorifique P₀ suite à :

une réduction du débit d’air passant au travers de l’évaporateur;
et par conséquent une augmentation des pertes de charge dans le circuit de refroidissement;
une augmentation de la résistance thermique de la surface de refroidissement;
une chute de la température du fluide frigorigène.

Aussi, il découle de la réduction de débit que l’efficacité du rideau d’air sera moindre en favorisant l’augmentation des apports par induction, le passage accru de l’humidité de l’air ambiant et l’augmentation de la température de l’intérieur du meuble, …

Un dégivrage est donc nécessaire : pour les applications négatives, il faut tenir compte dans le bilan énergétique de la consommation de la résistance électrique de dégivrage.

Rappelons que de l’ordre de 23 % de l’énergie nécessaire à l’évaporateur pour combattre les apports sont dus au dégivrage lorsque l’on effectue 2 dégivrages de 30 minutes par jour.

> L’éclairage

Le placement d’éclairage directement dans l’enceinte du meuble augmente la consommation d’énergie à l’évaporateur de l’ordre de 10 %.

> Les protections de nuit

Les rideaux de nuit sont primordiaux dans la lutte contre les apports thermiques des meubles ouverts.

Sur une journée, avec des périodes d’inoccupation de 12 à 14 heures, on peut réduire de l’ordre de :

8 à 45 % les consommations des meubles horizontaux suivant le type de protection (simple rideau à couvercle isolé par exemple);
12 à 30 % les consommations des meubles verticaux.

> Les cordons chauffants

La chaleur générée par les cordons chauffants représente un apport de l’ordre de 1 %.

Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation de la performance énergétique des meubles ouverts.
Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation de la performance énergétique des meubles fermés.

Les chambres froides

Analyse quantitative

Elle est purement indicative et n’est valable que si elle est complétée par l’analyse qualitative et comparée à une valeur de référence (de l’ordre de 200 Wh/m² de surface de vente pour la conservation par exemple). Bien que parfois difficile, l’évaluation de sa propre consommation peut se faire en mesurant les consommations électriques sur plusieurs jours au niveau de l’alimentation électrique :

du compresseur;
des ventilateurs de l’évaporateur et du condenseur;
des éclairages;
des cordons chauffants;
…

Analyse qualitative

La consommation (en général électrique) du poste froid dépend essentiellement du rendement de la production frigorifique, de la quantité de froid nécessaire pour refroidir les denrées et de la perte de froid. En décortiquant différents indices d’anomalie de consommation consignés dans une grille d’évaluation, on peut réaliser une analyse qualitative. Les indices sont entre autres : le type de refroidissement du compresseur, le transfert de froid dans la chambre froide, les fuites d’énergie par déperdition, …

L’efficacité énergétique et environnementale de la distribution du froid et de la production frigorifique

La distribution du froid

Circuit simple à détente directe.

Centrale à détente directe.

Centrale avec circuit caloporteur bi-tube (eau glycolée par exemple).

Centrale avec circuit caloporteur mono-tube (eau glycolée par exemple).

Détentes directe et indirecte : principe

Les diverses réglementations et normes accentuent la pression afin de diminuer l’utilisation massive des fluides frigorigènes ayant un impact sur l’effet de serre et la couche d’ozone (comme le R22 par exemple).

La solution qui vient directement à l’esprit est la détente directe (c’est le fluide frigorigène qui produit directement le froid avec un seul circuit) avec groupe frigorifique incorporé au meuble. Cette solution est intéressante pour les commerces de détail avec toutefois un bémol quant au niveau de la performance énergétique de l’installation (la température de condensation est en permanence élevée de part la température élevée régnant généralement dans les magasins).

Dans les moyennes et grandes surfaces, la détente directe est toujours envisageable, mais avec une production frigorifique centralisée à l’extérieur des zones de vente. Des quantités plus importantes de fluide frigorigène sont mises en jeu; ce qui grève l’efficacité environnementale de l’installation (on parle régulièrement de 600 kg de fluide frigorigène pour un supermarché par exemple). Pour cette raison, des solutions ont été développées pour réduire la quantité de fluides dans les circuits frigorifiques. Par exemple, l’utilisation de circuits primaires de fluides frigorifiques classiques en production centralisée et des circuits secondaires à fluide frigoporteur en distribution « utiles » (boucle secondaire d’eau glycolée par exemple) sont des solutions actuellement proposées aux responsables des grandes surfaces.

Réglementations et normes

En matière de sécurité, la norme NBN EN 378-1 traitant des « Systèmes de réfrigération et pompes à chaleur – Exigences de sécurité et d’environnement – Partie 1 : Exigences de base, définitions, classification et critères de choix » est une norme utilisée plutôt pour la conception, la fabrication, l’installation, le fonctionnement et la maintenance des installations frigorifiques. Cependant, elle nous donne aussi une idée précise dans l’évaluation des risques liés à l’utilisation de ces fluides.

Détente directe pour groupe incorporé

Les groupes incorporés dans les meubles frigorifiques ont des faibles charges de fluide frigorigène; ce qui limite l’impact de ce type de distribution sur l’environnement. Par contre, au niveau de l’efficacité énergétique, la détente directe de « proximité » est réservée au faible puissance frigorifique. Indirectement, de par un risque d’investissement trop conséquent par rapport à la puissance mise en jeu, les auxiliaires de régulation sont souvent peu performants et, par conséquent réduise l’efficacité énergétique de l’ensemble.

Détente directe pour production centralisée

Dans ce cas, le groupe frigorifique ne se trouve pas nécessairement à proximité des applications (meubles, chambre froide, …). La quantité de fluide frigorigène augmente donc et influence défavorablement l’impact sur l’environnement. En 2004, on comptait encore de l’ordre de 10 à 22 % de taux d’émission de fluide frigorigène dans l’atmosphère. Au niveau énergétique, il est nécessaire :

de limiter les pertes de charge tant dans les conduites d’aspiration que liquides (entre le condenseur et le détendeur);
d’isoler les conduites d’aspiration afin de faciliter le travail du compresseur;
d’isoler les conduites liquides afin d’éviter le risque de « flash gaz » et d’augmenter la puissance frigorifique de l’évaporateur.

Circuit frigoporteur

Les circuits frigoporteurs ne sont pas encore très courants dans le froid alimentaire au niveau de la distribution. Cependant, l’impact sur l’environnement et la sécurité des usagers pourraient voir apparaître des solutions comme les boucles frigoporteurs. Ce type de circuit secondaire permet de limiter les quantités de fluide frigorigène pour les grandes installations.

Actuellement, on trouve des installations dont le fluide frigoporteur est de l’eau glycolée, du CO₂, ….

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’efficacité de la distribution de froid.

La production de froid

L’efficacité de la production frigorifique

De l’analyse du fonctionnement thermodynamique de la machine frigorifique, on déduit son efficacité énergétique instantanée ou COP_froid. C’est le rapport entre la quantité de chaleur absorbée par l’évaporateur et la quantité d’énergie électrique totale absorbée par l’installation, soit principalement le compresseur, mais également les équipements annexes (ventilateurs, pompes de circulation d’eau, … ). On trouve dans les catalogues des valeurs de COP_froid de l’ordre de 2,5 à 5. Plusieurs méthodes d’évaluation de la performance énergétique d’un groupe de froid sont disponibles dont la lecture des puissances sur la plaque signalétique et la mesure des différences de température aux échangeurs.

Le bilan énergétique annuel

Si l’estimation ponctuelle du COP_froid de la machine frigorifique n’est déjà pas simple, réaliser le bilan énergétique annuel de l’appareil est vraiment complexe et long.

Pour déterminer la consommation d’énergie d’une installation, il est nécessaire d’intégrer tout au long de l’année les puissances absorbées à chaque régime de marche de tous les éléments consommant de l’énergie. Pour cela, il faut déterminer la variation des besoins de froid et le nombre d’heures correspondant à chacun de ses besoins; ceux-ci seront spécifiques à chaque installation. Le calcul est donc complexe …

En pratique, c’est un compteur électrique qui pourra totaliser les consommations, et l’historique du régulateur numérique qui pourra établir le fonctionnement sur une saison.

Le diagnostic d’une installation existante

Les signes de dysfonctionnement d’une installation frigorifique tels que les augmentations du temps de fonctionnement ou de démarrage du compresseur, le givrage de l’évaporateur, … entraînent des surconsommations. Les moyens de les mettre en évidence sont la mesure des puissances électriques et à l’évaporateur (calcul du COP) ou la mesure des temps de fonctionnement, du nombre de démarrages, … et d’effectuer la comparaison avec les valeurs nominales fournies par le constructeur.

La rentabilité énergétique des interventions de maintenance

Certaines sources (SECA) montrent que des économies peuvent être générées en nettoyant les ailettes des condenseurs à air (10 à 30 %) ou l’intérieur des échangeurs fluide frigorigène/eau côté eau (15 à 25 %). À l’inverse, le manque d’entretien peut entrainer des surconsommations de l’installation.

L’analyse de la puissance frigorifique installée

Une installation surdimensionnée génère des pertes de fonctionnement supplémentaires… Il est donc conseillé de « coller le plus possible aux besoins frigorifiques des applications :

Les applications de réfrigération comme les meubles, les vitrines … ont des puissances installées comprises entre 200 et 1 300 W/ml* suivant le type d’application. Le relevé du nombre de mètres linéaires installés dans le magasin permet d’approcher la valeur de puissance que devrait renseigner la plaque signalétique du ou des compresseurs alimentant ces meubles;

Les applications de congélation comme les meubles, les gondoles, … ont des puissances installées comprises entre 400 et 2 100 W/ml suivant le type d’application. De nouveau, le relevé du nombre de mètres linéaires installés dans le magasin permet d’approcher la valeur de puissance que devrait renseigner la plaque signalétique du ou des compresseurs alimentant ces meubles et gondoles;

Les chambres froides, quant à elles ont des puissances installées comprises entre 60 et 90 W/m³ suivant le type d’application (réfrigération, congélation). Le relevé du nombre de m³ des chambres froides considérées dans les réserves du magasin permet d’approcher la valeur de puissance que devrait renseigner la plaque signalétique du ou des compresseurs alimentant ces chambres.

* : W/ml ou des watts par mètre linéaire de meuble frigorifique.

L’intérêt d’une récupération de chaleur au condenseur

La récupération de chaleur sur le condenseur ne fonctionne que si les besoins de chaud et de froid sont nécessaires simultanément. Cela peut être le cas des magasins d’alimentation. Cependant, il faut s’assurer que les besoins de chaleur sont à basse température comme par exemple le préchauffage de l’eau chaude sanitaire, le chauffage au sol, … Dans le cas contraire (régime de température de 90-70 °C ou même 70-50 °C), on en arrive à des paradoxes où l’on se chauffe à l’électricité en direct avec une « usine à gaz » (c’est le cas de le dire).

Les fluides frigorigènes : impact environnemental et énergétique

Le fluide frigorigène utilisé à un impact :

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix d’un fluide frigorigène.

Outre le bon choix de fluide, il faudra veiller aux contrôles d’étanchéité tels qu’imposés par la réglementation.

Mesures

Pour en savoir plus sur comment mesurer les fuites de fluides frigorigènes.

Posted By : Didier 4 Jan, 2008

Optimiser le dégivrage des chambres froides

Amélioration du dégivrage au niveau des chambres froides

Au niveau de la configuration de l’enceinte et pour éviter la formation de givre sur l’évaporateur, il est préférable que celui-ci soit situé loin de l’entrée par laquelle est amené l’air chaud et humide. Si ce n’est pas le cas, il est nécessaire de se poser la question en terme financier par rapport au gain énergétique, du déplacement de l’évaporateur vers le fond de la chambre froide.

Exemple.

La chambre froide est installée chez un grossiste en fruits et légumes. L’évaporateur de la chambre froide se situe comme sur le dessin ci-après :

La porte est ouverte toute la journée pour permettre aux clients (des petites supérettes) de venir faire leurs achats, des bandes en plastique sont installées pour limiter les pertes frigorifiques.

La température d’évaporation étant de -8° un dégivrage est nécessaire. La proximité de la porte favorise les entrées d’air à température moyenne de 20°. Cet air chaud est aspiré par l’évaporateur et du givre apparaît très vite sur la batterie.
Un dégivrage est nécessaire toutes les deux heures alors que dans d’autres conditions seuls 3 à 4 dégivrages par 24 heures seraient suffisants.

Pour éviter des consommations importantes d’électricité et une régulation qui apporterait toujours des soucis, il a été prévu d’arrêter la production frigorifique toutes les deux heures tout en laissant tourner les ventilateurs de l’évaporateur. On dégivre 10 minutes uniquement grâce à la température ambiante de l’air.

En ce qui concerne l’installation, pour faciliter et optimiser les opérations de dégivrage, on vérifie , si l’installation est équipée :

d’une vanne magnétique sur le circuit frigorifique (juste avant l’évaporateur).
Cette vanne va permettre d’arrêter le cycle du fluide frigorigène lors d’un dégivrage : lors d’un dégivrage, l’alimentation électrique de la vanne magnétique est coupée. La vanne se ferme. La Basse Pression au compresseur descend et le compresseur s’arrête dès que le niveau réglé sur le pressostat Basse Pression est atteint. Quand il n’y a pas de vanne magnétique, le compresseur devrait être directement arrêté électriquement (contacteur). Mais dans ce cas, une migration de réfrigérant peut se produire et encore continuer à s’évaporer, ce qui peut poser problème.
de manchons souples placés à la sortie du ventilateur de l’évaporateur si la technique de dégivrage produit de la chaleur sur l’évaporateur. Lors d’un dégivrage, lorsque la ventilation est à l’arrêt, ce manchon retombe et se rabat sur la surface de pulsion du ventilateur. Une barrière physique est ainsi créée autour de la chaleur produite dans l’évaporateur pour dégivrer l’évaporateur.
Ces manchons souples en fibre polyester sont encore appelés « shut up ».

Précautions à prendre au niveau de l’utilisation de la chambre froide

Une organisation rationnelle des interventions dans les chambres froides peut être source d’économies d’énergie. On peut regrouper les interventions et laisser les portes ouvertes pendant un temps le plus court possible.

Il y aura ainsi moins d’air humide qui entrera à l’intérieur de l’enceinte. Au niveau économies d’énergie, on gagne ainsi sur trois plans :

au niveau de l’énergie nécessaire pour dégivrer,
au niveau de l’énergie nécessaire au refroidissement et au séchage de l’air humide qui entre dans l’enceinte,
au niveau de l’énergie nécessaire pour éliminer les quantités de chaleur accumulées dans les évaporateurs au moment des dégivrages, dont le nombre et la durée peuvent diminuer.

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air à l’extérieur de la chambre a les caractéristiques suivantes : t° = 28°C, HR = 80 %.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 12h/jours.

Il y a 10 interventions par heure, pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 30 secondes.
Avec cette utilisation, l’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage est de 15,6 kWh/jour.

Avec une meilleure organisation, le personnel n’ouvre plus la porte que 5 fois par heure et ne la laisse plus ouverte que 6 secondes par intervention.
L’énergie électrique nécessaire pour le dégivrage n’est plus que de 3,9 kWh/jour soit une économie de 11,7 kWh/jour.
Avec un prix moyen de 0,11 € du kWh, cela représente une économie de 11,7 [kWh] x 0,11 [€] 260 [jours], soit 350 € par an pour une seule chambre froide.

Il faut ajouter à cette économie, l’énergie gagnée sur le refroidissement et le séchage de l’air entrant dans la chambre froide, ainsi que sur le givrage de la vapeur qu’il contient.
En effet, dans le premier cas, le renouvellement d’air de la chambre est de 61 volumes par 24 h; l’énergie frigorifique nécessaire pour traiter cet air est de 109,6 kWh pour le refroidissement et le séchage, dont 46,9 kWh pour le givrage.
Dans le second cas, le renouvellement n’est plus que de 6,2 volumes par 24h et l’énergie nécessaire n’est plus que de 11 kWh (refroidissement et séchage), dont 4,7 kWh pour le givrage.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un coût moyen de 0,115 € du kWh électrique, cela représente une économie supplémentaire de ((109,6-11) [kWh] / 2,5) x 0,11 [€] x 260 [jours], soit 1179 € par an.

Dans cet exemple, on n’a pas diminué le nombre de dégivrages dans le cas où il y a moins de vapeur qui entre dans la chambre. Cela représente, en fait, une économie supplémentaire, car il faut moins d’énergie pour refroidir les masses métalliques des évaporateurs, chauffées lors des dégivrages.

Remarque : vu la remarque ci-dessous, cet exemple sert plus à montrer qu’il y a de grosses possibilités d’économies par une utilisation rationnelle de la chambre froide qu’à donner des chiffres exacts. En effet, la masse de l’évaporateur ainsi que le nombre de dégivrages ont été encodés de manière arbitraire.

Calculs

Si vous voulez estimer vous même , les possibilités d’économiser de l’énergie grâce à une utilisation rationnelle de votre chambre froide.

Mais ATTENTION : ce tableau doit être utilisé avec beaucoup de précautions !

En effet, les résultats dépendent de paramètres introduits par l’utilisateur. Or ces paramètres ne sont pas toujours connus et dépendent eux-mêmes du résultat des calculs.

Par exemple :

La masse des évaporateurs est une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur. Or elle dépend d’une série de paramètres qui ne sont pas dans le tableau (et notamment la puissance frigorifique totale). Il est donc a priori très difficile d’introduire une valeur correcte pour la masse des évaporateurs.

Le nombre de dégivrages est aussi une donnée arbitrairement introduite par l’utilisateur.
Or, il dépend de la masse de givre piégée sur les ailettes des évaporateurs, de l’écartement de ces ailettes, de la surface d’échange des évaporateurs (c’est-à-dire de leurs dimensions) qui conditionne l’épaisseur moyenne de givre collé sur les ailettes.

Il faut aussi se rappeler que le rendement d’un évaporateur baisse au fur et à mesure que du givre vient se placer dans les interstices entre les ailettes.
Cela veut dire que si on diminue artificiellement le nombre de dégivrages, on diminue évidemment l’énergie nécessaire pour les dégivrages parce qu’il faut moins souvent chauffer les masses métalliques, mais on diminue aussi le rendement des évaporateurs (et donc de la machine entière) avec le grand danger d’avoir des évaporateurs bourrés de glace, ce qui provoquera finalement l’arrêt de la machine.

En fait, cela revient à dire que le calcul des machines frigorifiques doit être un calcul intégré où les éléments du bilan frigorifique ne peuvent pas toujours être envisagés séparément, comme c’est le cas ici avec ce tableau…; il s’agit d’un calcul itératif !

Amélioration ou modernisation de la technique de dégivrage

Le réchauffage de la batterie pour assurer la fusion du givre peut se faire de diverses façons :

par résistance chauffante,
par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur,
par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie,
par circulation d’air.

Les deux premières méthodes citées ci-dessus sont les plus courantes :

Par résistance chauffante

Des résistances chauffantes sont imbriquées dans les tubes en cuivre qui composent la batterie de l’évaporateur. Leur position et leur puissance sont étudiées par le fabricant de manière à répartir uniformément la chaleur produite à l’ensemble de la batterie.

Avantages, inconvénients et choix

C’est une méthode simple, très répandue pour les unités de puissance moyenne.
Elle n’est pas dénuée de divers inconvénients : la consommation se fait en électricité directe, et donc à un prix élevé en journée, surtout si la période de dégivrage a lieu durant la pointe quart-horaire du mois.

Précautions

Dans les équipements frigorifiques des grandes cuisines, la place disponible fait souvent défaut et la tendance des architectes est de sélectionner du matériel très compact. D’autre part, les budgets sont de plus en plus étroits, ce qui ne facilite pas la sélection de matériel de qualité.

Cependant pour assurer un bon fonctionnement du dégivrage à long terme, certaines précautions sont à prendre :

Les résistances n’ont pas une durée de vie éternelle. Elles doivent être remplacées en cas de défaillance. Lors de l’installation de l’évaporateur, il ne faudra donc pas oublier de tenir compte de leur longueur (généralement la longueur de l’évaporateur) et laisser l’espace nécessaire pour permettre de les extraire de leur » doigt de gant « .
Toutes les résistances sont fixées à l’aide de fixation ad hoc dans la batterie. Il importe de fixer également les nouvelles qui seraient introduites après un remplacement.
En effet, si les résistances ne sont pas bien fixées, les dilatations produites lors du chauffage et du refroidissement peuvent faire bouger les résistances et les faire sortir de leur position initiale avec comme conséquence de ne plus chauffer uniformément la batterie sans compter les inconvénients matériels que cela suppose.

Par introduction de vapeurs refoulées par le compresseur

Cette technique, encore appelée dégivrage par « vapeurs chaudes » ou par « gaz chauds », consiste à inverser le cycle et à faire fonctionner l’évaporateur, le temps du dégivrage, en condenseur.

Avantages, inconvénients et choix

L’inversion de cycle est très économique, notamment car les vapeurs chaudes sont directement introduites dans les tubes avec des températures très élevées (avec le R22 on peut facilement atteindre plus de 90°). Les temps de dégivrage sont donc très courts : parfois quelques secondes suffisent.

Néanmoins, cette méthode complique le réseau des conduites frigorifiques : des éléments supplémentaires tels que la vanne à 4 voies (qui sert à l’inversion de cycle), vannes magnétiques pour couper les circuits, etc. viennent s’ajouter à l’installation en cas de rénovation.

Ainsi, elle est surtout utilisée dans les installations industrielles.

Dans les équipements frigorifiques des grandes surfaces, il n’y a que les machines à glaçons (lit de glace en poissonnerie), quand il en existe, qui sont parfois munies d’un système d’inversion de cycle pour démouler les glaçons.

Par aspersion d’eau sur la surface externe, givrée, de la batterie

Avantages, inconvénients et choix

Cette technique est parfois utilisée pour des enceintes froides à des températures voisines de 0°C et pour des enceintes réclamant une humidité élevée (chambres de conservation de fruits). La consommation d’eau, fluide de plus en plus coûteux, est un inconvénient.

Par circulation d’air de la chambre

De l’air provenant soit de l’intérieur de la chambre même, soit de l’extérieur, est envoyé sur l’échangeur. Dans le premier cas, le dégivrage est très lent. Dans le second, il faut isoler l’évaporateur de la chambre, ce qui n’est pas pratique.

Avantages, inconvénients et choix

L’inertie des produits stockés doit être suffisante à maintenir l’ambiance dans une fourchette de température acceptable. C’est donc une technique qui n’est pas à utiliser pour des chambres froides qui sont quasi vides juste avant le réapprovisionnement.

La première de ces méthodes a l’avantage de récupérer totalement l’énergie frigorifique stockée dans la glace. De plus, seule une horloge est nécessaire pour interrompre la production frigorifique. Elle ne tombe donc jamais en panne.

En général, cette méthode est utilisée avec une température de chambre supérieure à 0°C et lorsque les enceintes ne sont pas trop sollicitées par des ouvertures de portes. Mais la pratique montre que certains régulateurs « intelligents » utilisent également ce système lorsque la température est fortement négative, grâce au fait qu’en dessous de -5°C la structure de la glace est très différente (beaucoup plus poudreuse et donc moins collante : une sublimation est alors possible).

Remarque : cette technique est celle utilisée par un fabricant qui propose une régulation intelligente des dégivrages.

Amélioration ou remplacement de la régulation du dégivrage

Le dégivrage est une source de consommation d’énergie :

Par l’apport de chaleur nécessaire à la fusion du givre (effet utile).
Suite à l’échauffement, suivi du refroidissement, de la masse métallique de la batterie (effet nuisible).
Par le réchauffement partiel, suivi de la remise en température de la chambre froide, une partie de la chaleur que nécessite le dégivrage ayant été perdu dans cette enceinte (effet nuisible).

Il existe donc une fréquence optimale de dégivrage pour minimiser l’énergie dépensée par cette opération :

Trop fréquents, ils sont effectués alors qu’une faible quantité de givre s’est déposée sur la surface froide, l’effet utile est insuffisant devant les effets nuisibles qui l’accompagnent.
Trop peu fréquents, la masse excessive de givre présente sur la batterie diminue l’efficacité énergétique de la machine frigorifique.

Dans le cadre d’une amélioration, les techniques de régulation et de commande modernes deviennent très accessibles financièrement parlant. Si votre régulation existante est vétuste, le remplacement d’une horloge classique, par exemple, par un module de régulation ne devrait pas vous ruiner.

Choix du type de régulation

Pour les petites enceintes, une régulation par horloge peut suffire. Mais mal utilisée, cette régulation peut conduire à des aberrations énergétiques : qu’il y ait présence ou non de glace, le dégivrage est enclenché à l’heure programmée, la durée du dégivrage est fixe, quelle que soit la présence effective de glace.

Ainsi, en fonction des conditions d’exploitation des enceintes froides (peu ou beaucoup d’ouvertures de portes), les agents d’exploitation devront modifier la fréquence des dégivrages par le réglage des horloges, et une sonde de fin de dégivrage doit permettre à l’installation de redémarrer plus rapidement que la période fixée.

Cependant, ils ne doivent, en aucun cas, intervenir sur la séquence. Certaines d’entre elles, interne des opérations de dégivrage, si elles sont mal conduites, peuvent créer des écarts de pression intolérables entre l’intérieur et l’extérieur des chambres froides.

Pour les plus grandes enceintes, il est indispensable, au niveau énergétique, que la séquence des dégivrages réels se rapproche au mieux de la séquence utile. On utilise pour cela une régulation électronique intelligente de dégivrage. De tels systèmes permettent des économies substantielles.

Il en existe au moins deux sur le marché :

Le premier système de régulation électronique intelligent permet d’espacer la séquence de dégivrages initialement programmés s’il n’a pas détecté de phase de fusion suffisamment longue durant les 10 dernières opérations de dégivrage programmées.
Le second système de régulation électronique intelligent détecte la présence de glace à partir de deux sondes de température (l’une mesure la température ambiante de la chambre, l’autre est placée dans les ailettes de l’évaporateur). L’explication de ce principe ne nous a pas été détaillée.
Chez ce fabricant, le critère d’arrêt du dégivrage classique est une température d’évaporateur de 10°C. Cela semble élevé, mais c’est, semble-t-il, une sécurité par rapport à l’absence totale de glace.
En plus de cette détection de givre, ce système choisit un dégivrage par circulation d’air de la chambre chaque fois que la température intérieure le permet. Ce qui est très intéressant au niveau énergétique puisque non seulement il ne faut pas produire de la chaleur pour le dégivrage, mais qu’en plus, toute l’énergie latente contenue dans la glace sera restituée à l’ambiance.
Un dégivrage classique par résistance chauffante n’aura lieu que lorsqu’il n’est pas possible d’attendre la fusion de la glace par l’air ambiant.

Quel que soit le système de régulation intelligente, la souplesse de ces appareils par rapport aux thermostats mécaniques permet d’affiner les réglages et de proposer des fonctions complémentaires :

alarmes,
possibilité de faire fonctionner le congélateur avec une consigne abaissée de 5°C la nuit (pour bénéficier du courant de nuit),
possibilité de délester durant la pointe 1/4 horaire,
…

D’après le fabricant du second système ci-dessus, l’investissement (+/- 1 625 €) est amorti en moins d’un an.

Exemple.

Une chaîne de supermarchés belge a adopté ce système pour l’ensemble de ses chambres froides depuis 2 ans. Un des responsables techniques nous a confirmé que l’investissement a largement été amorti sur cette période en regard des économies d’énergie apportées (plus de 20 % de la consommation de la chambre). Une généralisation de ce système à l’ensemble des points de vente est programmée.

De plus, ces systèmes peuvent tout à fait s’adapter sur des installations existantes.

Lors de la pose d’un système de régulation de dégivrage, il est important de l’adapter au mieux à la chambre froide et à son utilisation. Il appartient au frigoriste de bien poser au client les questions pour comprendre son mode opératoire et de cibler la régulation la plus appropriée.

Autres précautions…

Pour optimiser le dégivrage, le frigoriste ne doit pas oublier de prévoir deux temporisations dans les étapes de dégivrage :

Après l’opération de dégivrage proprement dite, il faut prévoir une temporisation avant l’ouverture de la vanne magnétique (permettant à la production frigorifique de reprendre). Cette précaution permet d’assurer l’égouttage.
Ensuite, il faut prévoir une deuxième temporisation avant la remise en fonctionnement des ventilateurs de l’évaporateur. Cette temporisation permet à la batterie d’atteindre une température moyenne inférieure ou égale à celle de l’enceinte. À défaut, la remise en route prématurée des ventilateurs peut envoyer de la chaleur dans la chambre froide et/ou des gouttelettes d’eau encore présentes.

Il veillera aussi à prévoir un système de sécurité qui arrête le dégivrage dès qu’une température ambiante excessive est atteinte. Cette sécurité doit, par exemple, être accompagnée d’une alarme qui prévient le personnel du problème.

Cette précaution est d’autant plus importante que les produits stockés sont coûteux.

Exemple.

Il est déjà arrivé qu’un contacteur qui commandait les résistances électriques de dégivrage d’une enceinte stockant des crustacés, du caviar, etc. reste bloqué et que du chauffage soit diffusé toute la nuit dans la chambre avant que le personnel ne s’en aperçoive le lendemain matin.

Posted By : Didier 3 Jan, 2008

Récupérer la chaleur sur condenseur de la machine frigorifique [Améliorer – Froid alimentaire]

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite d’une chambre froide, d’un meuble frigorifique ouvert, … vers l’extérieur.

Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Fonctionnement du condenseur

En principe, trois opérations successives se passent dans le condenseur de la machine frigorifique :

Evolution des températures du fluide frigorigène et du fluide de refroidissement.

Dans une machine frigorifique, les gaz qui sont expulsés par le compresseur en fin de compression sont à très haute température (de 70 à 80°C). On dit qu’ils sont surchauffés. Comme la condensation se fait à une température largement inférieure (aux alentours de 40°C, par exemple), une quantité de chaleur va devoir être évacuée des gaz surchauffés pour les amener à leur température de condensation qui correspond à la pression de refoulement (dite pression de condensation). C’est la désurchauffe.
Puis lors de la condensation elle-même, une importante quantité de chaleur va aussi devoir être évacuée pour liquéfier (si possible complètement) le fluide frigorigène gazeux.
Enfin, si les conditions des échanges thermiques dans le condenseur le permettent (température du fluide refroidisseur suffisamment basse, débit du médium de refroidissement suffisamment important), le liquide condensé va subir le sous-refroidissement, ce qui améliore le rendement de l’évaporateur.

Récupération de l’énergie

Dans certains cas, on pourrait envisager de récupérer cette énergie pour chauffer de l’eau ou de l’air, au lieu de la gaspiller en pure perte :

si on a des besoins en eau chaude sanitaire à une température pas trop élevée (45° à 50°C);
si on a des besoins de chauffage pour des allées froides, des locaux contigus, …
si on veut éviter ou diminuer la puissance de climatisation du local des machines, ou faire des économies d’énergie sur ce poste;
si on veut participer à la lutte contre le réchauffement global de l’atmosphère.

La récupération de l’énergie du côté des condenseurs suppose évidemment des investissements supplémentaires par rapport à des machines classiques plus simples :

des échangeurs de condenseurs adaptés;
des réservoirs-tampons pour l’eau chaude sanitaire ou de chauffage;
une disposition plus compliquée des tuyauteries;
une bonne évaluation des pertes de charge dans les tuyauteries;
une régulation complète permettant le contrôle correct de toute l’installation, y compris des récupérateurs.

Étant donné les spécificités inhérentes à chaque projet, le rapport entre l’investissement et les économies d’énergie doit faire l’objet de calculs adaptés, à demander aux auteurs de projet. Il faut en effet considérer ensemble la machine frigorifique et les appareils de production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.
Le bilan doit prendre en compte :

l’apport d’énergie « gratuite » par la machine frigorifique,
le fait que l’on doit quand même disposer, en plus des récupérateurs, d’une puissance installée suffisante pour palier au manque de puissance de chauffe lors des périodes où la machine frigorifique ne fonctionne pas,
la pénalisation énergétique apportée toute l’année par l’échangeur supplémentaire,
le cas où le condenseur de la machine frigorifique doit assurer à lui seul, l’évacuation de toute la chaleur (lorsqu’il n’y a pas de besoin d’énergie dans les récupérateurs, ou quand ces derniers sont arrivés à leur consigne maximale de température).

Exemple d’application très intéressante

Le plus logique est de récupérer la chaleur sur le condenseur à air pour chauffer directement l’air d’un local. Ainsi, un supermarché Delhaize à Bruxelles évacue la chaleur du condenseur du groupe frigorifique (armoires de congélation) en créant un rideau d’air chaud à l’entrée du magasin. En été, la chaleur est déviée en toiture par un clapet.

Application au chauffage de l’ambiance du magasin ou des annexes par l’air

Le moins qu’on puisse dire, c’est que les idées ne manquent pas quant à la récupération de la chaleur des condenseurs afin de chauffer l’ambiance des magasins directement ou des annexes indirectement.
La question traditionnelle qui revient dans les discussions est la suivante :

« J’ai déjà payé mon électricité pour garder à basse température mes aliments, que puis-je faire de la chaleur des condenseurs ? C’est quand même idiot de la rejeter à l’extérieur en période froide alors que je dois en plus chauffer mon magasin ».

Sur base du principe :

« La véritable économie d’énergie est celle que l’on ne consomme pas ! »

On ne recommandera jamais assez de fermer les meubles frigorifiques tout en rappelant qu’un meuble de 1 mètre de largeur (1 mètre linéaire) échange par convection et rayonnement de l’ordre de 800 W et représente les 2/3 de la demande de froid au niveau de l’évaporateur.

Il est sûrement l’heure de rappeler aussi que l’on a atteint le paradoxe de la chaîne alimentaire froide. En effet, on en arrive, depuis un certain temps, à réchauffer les « allées froides » des magasins, et ce, afin d’assurer le confort des clients.

» C’est une aberration énergétique criante ! »

Pour bien illustrer ce petit « coup de gueule », l’étude simplifiée qui suit montre les effets conjugués du succès des meubles frigorifiques d’ouverture de plus en plus imposante avec les effets négatifs qui vont de paire, à savoir :

le risque accru pour la conservation de la chaîne du froid;
l’inconfort évident des « allées froides ».

Incorfort dans les allées froides.

Dans ce qui suit, on se propose d’analyser, de manière théorique, différents cas souvent rencontrés dans les magasins d’alimentation :

des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle;
des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle;
des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle;
des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.

Ici, on analyse les consommations énergétiques finales et primaires ainsi que le bilan CO₂des différentes configurations en tenant compte des valeurs de rendement et d’efficacité énergétiques des équipements :

La chaudière présente un rendement saisonnier sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) de 0.90 ( valeur de la CWaPE ou Commission Wallonne Pour l’Énergie. ).
Le rendement global des centrales belges est de 55 % (selon la CWaPe). Dans cet exercice, on se place dans une situation défavorable, à savoir que le rendement moyen belge des centrales (en tenant compte du rendement des centrales nucléaires) est plutôt de 38 %.
1 kWh de gaz consommé représente 251 g de CO_{_2.}
Le prix actuel du gaz est estimé à 0.05 €/kWh PCI.
Le prix de l’électricité est évalué à 0.11 €/kWh.

Les conditions d’ambiance du magasin sont simplifiées pour les besoins du calcul, à savoir :

la température ambiante que le commerçant veut assurer est de 24°C;
la température moyenne externe est de 6°C;

Le bilan thermique du magasin est aussi simplifié dans le sens où :

Les déperditions du magasin sont ramenées aux seules pertes des parois de l’enveloppe :
- pour un petit commerce peu isolé de 40 m² au sol (4 façades), avec un U_global de l’ordre de 4 W/m².K, les déperditions sont de l’ordre de 12 kW en régime établi;
- pour le même commerce fortement isolé, avec un coefficient U_global de l’ordre de 1.2 kW/m².K, les déperditions atteignent 3.6 kW;
Les apports internes et externes ne sont pas pris en compte (occupations, éclairage, … et l’ensoleillement. On se place donc dans des conditions défavorables au niveau de la récupération de chaleur.

Configuration 1 : meubles ouverts, condenseurs à l’extérieur et commerce peu isolé (configuration classique)

Le commerçant possède un commerce peu isolé (12 kW de déperditions). Il investit dans des meubles frigorifiques ouverts (2 x 10 kW) et les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.

La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22°C pour un air externe moyen sur l’année de 6°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par Bitzer software de BITZER et Select 6 de COPELAND).

Pour cette configuration, un appoint de chaleur est nécessaire; c’est la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. Néanmoins, la chaudière doit apporter 32 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques ouverts (soit 20 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	32/0.9 = 35.6	kWh/h
	Energie compresseurs	2.4 x 2 = 4.8	kWh/h
	Energie condenseur	12.4 x 2 = 24.8	kWh/h
	Coût	35.6 x 0.05 + 4.8 x 0.11= 2.3	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	35.6+ 4.8 / 0.38= 48.2	kWh/h
	CO₂	48.2 x 0.251 = 12.1	kg/h de CO₂

Configuration 2 : meubles ouverts, condenseurs dans l’enceinte et commerce peu isolé

Le commerçant décide de remplacer ses groupes de condensation, car il sont vétustes (soumis au intempéries depuis 15 ans par exemple). L’installateur lui conseille de les placer à l’intérieur afin de récupérer la chaleur de condensation.

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C (condenseur placé dans des mauvaises conditions de fonctionnement). Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que les compresseurs, vu leur performance médiocre (COP de 1.7), doivent évacuer plus de chaleur au niveau des condenseurs. Il en résulte que la chaudière, dans ce cas, n’a pas besoin de venir en appoint. La question clef est de savoir s’il faut récupérer la chaleur au prix de la dégradation de la performance énergétique des compresseurs ou l’inverse.

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	0	kWh/h
	Energie compresseurs	6 x 2 = 12	kWh/h
	Energie condenseur	16 x 2 = 32	kWh/h
	Coût	0 x 0.05 + 12 x 0.11= 1.32	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	0 + 12 / 0.38= 31.6	kWh/h
	CO₂	31.6 x 0.251 = 7.9	kg/h de CO₂

Configuration 3 : meubles fermés, condenseurs à l’extérieur et commerce peu isolé

Le commerçant est très sensibilisé à l’énergie.

Il décide de réinvestir dans des meubles fermés. Pour une même capacité d’exposition des denrées, la puissance à l’évaporateur sera moindre. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW.

Dans un second temps, il se dit qu’il n’y a plus de nécessité de récupérer la chaleur de condensation puisqu’il devrait y avoir moins de pertes de chaleur vers les meubles frigorifiques. Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont donc placés à l’extérieur.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit tout de même apporter 18 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	18/0.9 = 20	kWh/h
	Energie compresseurs	0.7 x 2 = 1.4	kWh/h
	Energie condenseur	3.7 x 2 = 7.4	kWh/h
	Coût	20 x 0.05 + 1.4 x 0.11= 1.2	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	20 + 1.4 / 0.38= 23.7	kWh/h
	CO₂	23.7 x 0.251 = 5.9	kg/h de CO₂

Configuration 4 : meubles fermés, condenseurs dans l’enceinte et commerce peu isolé

Le commerçant furieux, demande à l’installateur de se débrouiller pour réduire la facture de chauffage. Les groupes de froid sont donc incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin aussi pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple).

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machines frigorifiques.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que malgré le rejet de 9,2 kW dans l’ambiance du magasin, la chaudière doit apporter 8,8 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO₂

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	8.4/0.9 = 9.3	kWh/h
	Energie compresseurs	1.8 x 2 = 3.6	kWh/h
	Energie condenseur	4.8 x 2 = 9.6	kWh/h
	Coût	8.4 x 0.05 + 3.6 x 0.11= 0.8	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	8.4 + 3.6 / 0.38= 17.9	kWh/h
	CO₂	17.9 x 0.251 = 4.5	kg/h de CO₂

Configuration 5 : meubles fermés, condenseurs dans une enceinte très isolée

Le commerçant constate qu’il a encore une facture de chauffage exagérée. Tout en conservant sa configuration précédente, il décide d’isoler son enveloppe (des primes existent). Les déperditions ne sont plus que de 3.6 kW.

La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique nous montre que le rejet de 9,6 kW dans l’ambiance du magasin permet à la chaudière de ne pas être allumée et compenser, non seulement les 6 kW pris par les meubles frigorifiques, mais aussi les 3.6 kW de déperdition au travers des parois.

On a donc affaire à une pompe à chaleur dont :

la source froide (la source d’où provient l’énergie) est chaude puisque dans l’ambiance;
à la consommation près du compresseur, l’énergie, « tournant » sur elle-même, est utilisée pour refroidir les meubles frigorifiques et, après utilisation, est restituée à l’ambiance;
la chaleur de compression excédentaire sert en fait à compenser les déperditions au travers des parois de l’enveloppe.

Bilan énergétique et CO2

Poste		Calcul	Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
	Energie chaudière	0	kWh/h
	Energie compresseurs	1.8 x 2 = 3.6	kWh/h
	Energie condenseur	4.8 x 2 = 9.6	kWh/h
	Coût	3.6 x 0.11= 0.4	€/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
	Energie primaire	3.6 / 0.38= 9.5	kWh/h
	CO₂	9.5 x 0.251 = 2.4	kg/h de CO₂

Synthèse

Tableau comparatif

Configuration	Enveloppe	Type de meuble	Condenseur	Energie finale consommée chaudière [kWh/h]	Energie finale électrique consommée [kWh/h]	Energie primaire consommée [kWh/h]	Coût de l’énergie [€/h]	kg/h de CO₂	Rejet de CO₂
1	peu isolée	ouverts	externe	35.6	4.8	48.2	2.3	12.1	+504 %
2	peu isolée	ouverts	interne	0	12	31.6	1.32	7.9	+329 %
3	peu isolée	fermés	externe	20	1.4	23.7	1.2	5.9	+246%
4	peu isolée	fermés	interne	9.3	3.6	17.9	0.8	4.5	+188 %
5	bien isolée	fermés	interne	0	3.6	9.5	0.4	2.4	0

Choix des meubles frigoriques fermés

La toute première conclusion à tirer est qu’il faut choisir des meubles frigorifiques fermés quel que soit le type de denrée exposé. À ce sujet, au risque de passer pour des doux rêveurs, c’est possible de choisir des meubles tant en froid positif qu’en froid négatif avec des portes sans trop de risque pour que le chiffre d’affaires tombe en chute libre.

Energie finale

Le graphique ci-dessous montre l’évolution des énergies finales que consomment l’installation de froid avec récupération ou sans récupération et le système de chauffage.

Ces consommations énergétiques sont celles que le commerçant peut retrouver à partir de ses factures de chauffage et d’électricité.

Récupération importante par rapport aux besoins de chaleur

Le tableau comparatif précédent permet de tirer des conclusions :

Il faut fermer les meubles frigorifiques ouverts.
En période froide, même si la performance énergétique des compresseurs est dégradée (COP de 1.66) vu que la température de condensation (le condenseur se trouve à l’intérieur) est élevée, il est intéressant de récupérer l’énergie de condensation. L’optimum se situe naturellement lorsque la chaleur rejetée par les condenseurs équivaut aux déperditions des parois de l’enveloppe du commerce;
En plus de récupérer la chaleur, on aura donc intérêt à limiter au maximum les déperditions de l’enveloppe qu’elles soient sous forme :
- d’une meilleure isolation;
- d’un meilleur contrôle des infiltrations au niveau des portes d’entrée et des réserves;
- d’une gestion efficace de la ventilation de l’air hygiénique.

Régime en période chaude

Là où le bât blesse, c’est pendant les périodes chaudes :

Les condenseurs étant incorporés aux meubles frigorifiques ou dans l’enceinte même du magasin, lorsque les déperditions au travers des parois s’inversent (période chaude, apport solaire important, …), il est nécessaire d’évacuer la chaleur des condenseurs à l’extérieur. Dans le cadre d’une installation de récupération de chaleur sur un condenseur à air, il n’est pas aisé de le réaliser.

Pour récupérer la chaleur de condensation, Delhaize, par exemple, a mis au point un système similaire à celui représenté dans les figures suivantes permettant de récupérer la chaleur en période froide pour chauffer l’ambiance.

Schéma de principe en période froide (récupération); source : Delhaize.

Schéma de principe en période chaude (pas de récupération); source : Delhaize.

Bilan des énergies primaires

Dans le tableau de synthèse ci-dessus, on parle aussi d’énergie primaire. Ce bilan est moins parlant, car, surtout au niveau de l’énergie électrique, on a souvent tendance à oublier que nos centrales électriques ont aussi un rendement.

Comme précisé dans les hypothèses, le rendement global, selon les sources, est de 55 ou 38 % suivant que l’on compte ou non les centrales nucléaires dans le parc des centrales belges. Ce qui signifie que lorsqu’on consomme 1 kWh d’énergie électrique chez nous les centrales, elles, en consomment 1 / 0,38 = 2,63 kWh sous forme de gaz, de nucléaire, de biomasse, …

Quant à l’énergie primaire consommée par notre chaudière (c’est plus facile), c’est le gaz, le fuel, le m³ de bois consommé.

Le graphique suivant montre cette approche :

Bilan CO₂

À partir des énergies primaires, on peut déterminer quelle sera notre production de CO₂ :

Remarques

La plupart des cas présentés ci-dessus, sont issus de cas réellement observés. Malheureusement, aucun monitoring des consommations n’est disponible à l’heure actuelle. Il va de soi que le placement d’une batterie de chauffe au dessus de la tête des clients dans l’allée froide n’est pas un bon principe, mais est juste utilisé comme moyen d’interprétation ou de réaction des lecteurs. Ce principe donne les avantages et inconvénients suivants:

(+)

simple;
modulable;
…

(-)

nécessite des vitesses d’air plus importantes afin d’amener l’air chaud à environ 1.5 m du sol pour assurer un certain confort thermique des clients;
augmente l’induction de l’air chaud au niveau du rideau d’air, car le mouvement de l’air dans cette zone est amplifié;
…

Application au chauffage de l’ambiance du magasin ou des annexes par un condenseur à eau

Beaucoup de techniciens dans l’âme se retrouveront dans les configurations qui suivent sachant que tout un chacun recherche à récupérer un maximum d’énergie sur les consommations des groupes frigorifiques. De manière générale, il n’y a pas de solution miracle, mais des solutions partiellement efficaces.

Configuration 1 : chauffage par air pulsé au pied des meubles

Cette configuration existe dans certains magasins Delhaize et est en cours de monitoring.

Elle se compose essentiellement :

d’un ballon de 1 000 litres constituant un condenseur à eau dont le circuit secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le circuit primaire est constitué du circuit frigorifique et est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin;
le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente une batterie chaude de la centrale de traitement d’air;
la pulsion de l’air chaud s’effectue au niveau du pied du meuble frigorifique, assurant un certain confort au niveau de l’allée froide;
la reprise d’air de la centrale de traitement d’air se situe en hauteur;
la température d’air de pulsion au pied du meuble frigorifique peut être modulée en fonction de la température de reprise et de la température de l’air neuf nécessaire à la ventilation hygiénique.

En période froide :

le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon par la désurchauffe du fluide frigorigène;
le condenseur à air assure la condensation du fluide frigorigène et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique);
la batterie chaude de la CTA (Centrale de Traitement d’Air) réchauffe l’air neuf mélangé à l’air de reprise pour la pulser au pied des meubles frigorifiques. Attention que le fait de pulser cet air à proximité des rideaux d’air des meubles augmente les apports par induction du meuble (dans quelle proportion ? difficile à dire pour l’instant).

En période chaude :

en principe, on ne devrait plus réchauffer l’air de pulsion au pied des meubles. En pratique, il se fait que l’ouverture des meubles étant de plus en plus importante, le refroidissement de l’air ambiant est véritablement présent et inconfortable pour les clients (surtout quand on vient faire ses courses en maillot); d’où la tendance actuelle à réchauffer l’air même en été;

« Voilà un bon exemple de destruction d’énergie à grande échelle ! »

le condenseur à air assure l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

Régime en période chaude.

Configuration 2 : Chauffage par le sol dans les allées froides

Cette configuration est à creuser. Toutes les réalisations ou idées à ce sujet sont les bienvenues.

Elle se composerait essentiellement :

d’un ballon constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin;
le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente un réseau de chauffage au sol au niveau de l’allée froide;
d’une chaudière d’appoint raccordée sur le collecteur principal.

En période froide :

le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon par la désurchauffe du fluide frigorigène;
le condenseur à air assure la condensation du fluide frigorigène et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique);
le réseau de chauffage au sol assure un chauffage rayonnant dans l’allée froide. Cette configuration peut être intéressante dans le sens où la chaleur rayonnante devrait influencer moins les meubles frigorifiques qui sont principalement sensibles aux apports par induction d’air (mélange convectif entre l’air de l’ambiance et celui du rideau d’air du meuble). La basse température de l’eau de chauffage au sol permettrait de réduire la température de condensation et, par conséquent, d’améliorer le COP de la machine.

En période chaude :

le condenseur à air assurerait l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

Régime en période froide.

Intérêt ou pas du chauffage au sol

Parmi les avantages et les inconvénients du chauffage par le sol en association avec les meubles frigorifiques positifs ouverts en position verticale, on pointera principalement :

(+)

Le chauffage au sol apporte de la chaleur principalement par rayonnement (70 à 80 %) mais aussi par convection. Or en froid positif, les principaux apports qui influencent prioritairement le bilan thermique et énergétique du meuble sont les apports par induction (mélange de l’air ambiant avec celui du rideau d’air froid). De plus, l’échange entre deux parois étant maximal lorsque celles-ci sont parallèles, les apports de chaleur dus au chauffage au sol seraient plus faibles vu que les surfaces sont orthogonales;
le confort devrait être meilleur;
les températures de condensation, pour ce type de chauffage, pourraient être basses et donc améliorer la performance de la machine frigorifique;
…

(-)

La mise en œuvre d’un chauffage au sol est coûteuse;
Comme les magasins demandent une certaine flexibilité dans l’agencement des meubles frigorifiques, le chauffage au sol est un frein par rapport à cette flexibilité. Cependant, à la conception, il est possible par une bonne programmation de déterminer les emplacements dans les zones de vente où les meubles n’ont pratiquement aucune chance de bouger. De plus, il faut aussi tenir compte que les évacuations des condensats de dégivrage des meubles ainsi que les conduites liquides et gaz du circuit frigorifique sont souvent, eux aussi, figés voire encastrés dans le sol.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été. Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique.

Ainsi, dans les commerces où le froid alimentaire est nécessaire, les besoins d’eau chaude sanitaire peuvent être importants et une récupération de chaleur au condenseur se justifie tout à fait. Mais un ballon de préchauffage est propice au développement de la légionelle.

Il faut donc s’assurer que l’eau séjournera durant un temps suffisamment long dans le dernier ballon : 60°C durant 30 minutes ou 70°C durant 4 minutes, par exemple (en cas de débit de pointe, de l’eau « contaminée » risque de traverser seulement le 2ème ballon).

Configuration 1 : Un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude

Dans le système ci-contre, un simple échangeur thermique (placé en série et en amont du condenseur normal) est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude. Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir.

On parle de condenseur-désurchauffeur parce que la désurchauffe des gaz provenant du compresseur aura lieu dans cet échangeur.

La réglementation impose le principe selon lequel il ne doit pas y avoir de contact possible entre le fluide frigorigène et l’eau potable. En cas de perforation de l’enveloppe du fluide, la détérioration éventuelle doit se manifester à l’extérieur du dispositif.

Dans l’échangeur ci-dessus, une double paroi de sécurité est prévue selon DIN 1988.

Configuration 2 : Un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange :

Deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Dans ce ballon intermédiaire, il n’y a aucun risque de dépôt calcaire puisque l’eau n’est jamais renouvelée.

En cas de fuite de fluide frigorigène, la pression dans le ballon augmente et une alarme est déclenchée.

Un deuxième condenseur en série est nécessaire pour le cas où le besoin de chauffage de l’eau sanitaire serait insuffisant.

Configuration 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Un tel schéma (contrairement au précédent) risque cependant d’être propice au développement de légionelles , puisque le ballon de récupération peut être à une température inférieure à 60°C durant un temps assez long. Il n’est pas à recommander si des douches sont présentes dans l’installation.

Yearly Archives: 2008

Optimiser l’installation

Une évolution de la puissance en sens contraire de la demande

Température de dimensionnement, de bivalence et limite

Dimensionnement de la pompe à chaleur Air/Eau

Dimensionnement de la pompe chaleur Eau/Eau

Choix du mode de fonctionnement

Monovalent

Avec résistance d’appoint électrique

Bivalent

Avec ou sans accumulateur tampon ? De chaleur

Choix de la régulation

Adaptation de la puissance

Paramètres de régulation

Adaptation des paramètres en fonctionnement

Stabilité du réglage

Choix du chargement

Type de chargement de l’accumulateur

Choix de la technique de dégivrage

Modes de dégivrage

Le dégivrage des pompes Air/Air et Air/Eau

Choix de la technique de dégivrage

Choix de l’emplacement de la pompe à chaleur

Une PAC à l’intérieur du bâtiment

Une PAC à l’extérieur du bâtiment

Introduction sur les sources froides

Pour pouvoir comparer les COP des pompes à chaleur…

Classement des sources en fonction de leur efficacité

Les rejets thermiques

L’eau souterraine des nappes phréatiques

Quelle nappe ?

Quelle température ?

D’où provient l’énergie contenue dans le sol ?

Qualité physico-chimique de l’eau

Quel débit ?

Rejet de l’eau

Avantages et inconvénients

En résumé

L’eau de surface

Capteurs statiques

Capteurs dynamiques

Utilisation directe ou indirecte ?

Paramètres de dimensionnement

La géothermie très profonde

La géothermie profonde

Rafraîchissement

Avantages/inconvénients

La géothermie de surface

Origine de la chaleur du sol ?

Potentiel du sol

Dimensionnement

L’air extérieur

Pompe à chaleur à air dynamique

Pompe à chaleur à air statique

Avantages/inconvénients

Performances des PAC sur air extérieur

PAC géothermique : rechargement de la source froide par l’énergie solaire

Comparaison des sources froides

Réglementation et permis

Introduction

La méthode PEN

Exigences

En pratique

Documents de référence

Domaine d’application

Sommaire

Conditions de pression

Qualité de l’air intérieur et débit de conception minimal

Pièce servant à une occupation humaine type

Pièce non destinée à l’occupation humaine

Espace de toilette

Salle de douche et salle de bain

Détermination de l’occupation humaine d’un local

Qualité de l’air des débits intérieurs

Régulation de la qualité de l’air

Consommation d’énergie des ventilateurs

Dimensionnement des bouches d’air

Bouche d’alimentation

Bouche d’extraction

Dispositifs de transferts d’air montés en intérieur