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Choisir le compresseur de la machine frigorifique [Froid alimentaire]

Compresseur semi-hermétique en centrale.
(Source : carrefour Mons).

Les critères thermiques

Température d’évaporation la plus haute possible.

La température d’évaporation est naturellement dictée par la nécessité de maintenir dans l’espace à réfrigérer une température définie en fonction du type de denrée à conservation. Néanmoins, l’option de « coller » le plus haut possible à cette température nécessite de choisir des systèmes de régulation adéquats pour piloter la plupart des équipements du circuit frigorifique.
Le maintien d’une température « haute » ou « haute pression » dans l’évaporateur, quelle que soit la charge frigorifique au niveau de l’évaporateur, influence :

le choix du détendeur et de sa régulation par rapport à la surchauffe;
le choix de la régulation du compresseur.

Régulation de la surchauffe et du débit du compresseur.

Température de condensation la plus basse possible.

La température de condensation dépend en grande partie de la température de l’air pour un condenseur à air et de la température de l’eau pour un condenseur à eau. Néanmoins, l’option de « coller » le plus bas possible à cette température nécessite de choisir des systèmes de régulation adéquats pour piloter la plupart des équipements du circuit frigorifique.
Le maintien d’une température « basse » ou « basse pression » au condenseur, quelle que soit la charge frigorifique et les conditions externes d’échange, influence :

le choix du détendeur et de sa régulation par rapport à la différence de pression à laquelle il est soumis;
le choix du condenseur et de sa régulation;
le choix de la régulation du compresseur.

Régulation de la surchauffe et du débit du compresseur et de la pression de condensation.

Les critères de choix énergétique

Le coût du placement des installations frigorifiques commerciales est important et les compresseurs en représentent une part importante. Pour cette raison, sur le plan énergétique, il est nécessaire d’établir des critères de sélection. En réalité ils sont peu nombreux et les seuls à émerger vraiment sont :

le coefficient de performance énergétique EER (Energy efficiency Ratio) ou couramment appelé COP_froid;
le taux de compression HP/BP;
le rendement volumétrique.

Le coefficient de performance COP

Tous les compresseurs ne présentent pas une performance égale. Cette performance peut être mesurée via le COP de la machine frigorifique dans laquelle ils seront insérés.
Contrairement au domaine de la climatisation, en froid commercial, la détermination d’un EER ou COP_froid global et annuel d’une machine frigorifique n’est pas évidente à évaluer. La plupart des grandes marques adoptent très peu les protocoles d’établissement de performance énergétique des standards comme EUROVENT et AHRI (Air-conditioning and Refrigeration Institute).
Par contre, les fabricants de compresseurs renseignent de manière précise sur leur site des valeurs de EER ou permettent l’utilisation de leur logiciel de dimensionnement et de sélection en fonction de différents paramètres tels que :

la température d’évaporation;
la température de condensation;
le type de fluide frigorigène envisagé;
la valeur de sous-refroidissement
la valeur de surchauffe;
….

Pour un même compresseur sélectionné, la variation des valeurs des paramètres de sélection influence de manière différente la valeur du COP.

Prévoir dès le départ la mesure du COP de l’installation :

Pour la bonne gestion future d’une grosse installation, on peut imaginer de placer un compteur d’énergie sur l’eau glycolée d’un circuit caloporteur et un compteur électrique sur le compresseur (coût de l’ordre de 5 000 Euros). Il sera alors possible d’imposer un COP moyen annuel minimum à la société de maintenance… en laissant celle-ci se débrouiller pour y arriver. Un remboursement de la différence peut être prévu comme pénalité en cas de non-respect.

Le taux de compression HP/BP

Le taux de compression HP/BP d’un compresseur, comme son nom l’indique, est le rapport de la pression absolue de refoulement par celle d’aspiration. C’est une caractéristique principalement :

intrinsèque aux compresseurs à vis et scroll (caractéristiques géométriques et mécaniques du compresseur);
extrinsèque aux compresseurs à piston.

Mais comme toute machine au sens large du terme, la choisir hors de son contexte ne rime à rien. Les conditions de pression au niveau du condenseur pour la haute pression et de l’évaporateur pour la basse pression.
Le taux de compression influence les performances énergétiques du compresseur en influençant le rendement volumique de la machine.
Pour rappel, les conditions de pression et de température sont dictées au niveau :

du condenseur (haute pression) par les conditions externes de refroidissement (la température de l’air externe pour un condenseur à air par exemple);
de l’évaporateur (basse pression) par la charge frigorifique à refroidir à une certaine température (et donc à une certaine pression).

Les compresseurs à vis et scroll

Pour les compresseurs à vis comme pour les compresseurs scroll, le risque est de sélectionner un compresseur dont le taux de compression est trop élevé : le compresseur travaillera « pour rien » puisque le fluide frigorigène sera trop comprimé puis se détendra au travers de l’orifice de refoulement jusqu’à atteindre la pression de condensation.
La pression de condensation est liée au régime de fonctionnement du condenseur de l’installation. Il importe que la pression interne de refoulement soit la plus proche possible de la pression de condensation.
Le concepteur choisira un « rapport de volume interne » (cela correspond au taux de compression, mais exprimé sous forme d’un rapport entre les volumes à l’entrée et à la sortie du compresseur) approprié au cas d’utilisation et pour lequel le compresseur exige la plus faible puissance d’entraînement possible.
Pour les cas où les conditions de pression de fonctionnement varient fortement, on a mis au point le compresseur à vis à rapport de volume interne variable. Le taux de compression s’adapte automatiquement au rapport de pression utile en fonction des paramètres de température de condensation et de température d’évaporation.
Cette technique optimalise le rendement énergétique tant à pleine charge, qu’à charge partielle.
On peut atteindre sans problème des taux de compression importants sans trop dégrader les performances du compresseur. Des taux de compression importants sont obtenus grâce à l’huile qui réduit l’échauffement des gaz comprimés.

Les compresseurs à pistons

Pour les compresseurs à pistons, le taux de compression HP/BP est lié essentiellement aux conditions externes utiles en amont (évaporateur) et en aval (condenseur).
Pour rappel :

Le clapet d’aspiration côté évaporateur (BP) ne s’ouvrira que pour autant que la pression à l’intérieur de la chambre de compression (au point mort bas) soit inférieure à celle dans la tuyauterie d’aspiration.
De même, le clapet de refoulement côté condenseur (HP) ne s’ouvrira que pour autant que la pression à l’intérieur de cette même chambre e compression (au point mort haut) soit supérieure à celle régnant dans la conduite de refoulement.

En général, les compresseurs à pistons, pour des raisons mécaniques et d’étanchéité, n’admettent que des taux de compression de l’ordre de 8 voire maximum 10.
On en déduit que :

pour les applications à froid positif (température d’évaporation de l’ordre de -3 à -14°C), les compresseurs mono étagés suffisent dans la plupart des cas.
à l’inverse, pour les applications à froid négatif (température d’évaporation de l’ordre de -30 à -38°C), les compresseurs biétagés sont utilisés.

Le rendement volumétrique

À une vitesse donnée, un compresseur est garanti par un volume balayé; c’est une des caractéristiques de la plaque signalétique. Mais en réalité, pour certains compresseurs tel que celui à piston, le volume réel aspiré est inférieur au volume balayé. Le taux compression influence fondamentalement l’écart entre le volume réel et le volume balayé, cet écart augmentant avec l’augmentation du rapport HP/BP.
Le rendement volumétrique exprime le rapport entre le volume réel et le volume balayé. Ce rendement volumétrique souvent exprimé en fonction du taux de compression est différent pour les compresseurs à vis et ceux à piston.

Les compresseurs à vis

Étant donné que les compresseurs à vis ont un espace mort pratiquement inexistant, le rendement volumétrique de ces machines est assez bon même à des taux de compression élevés.

À titre d’exemple,

Le graphique ci-dessous illustre l’abaque que fournissent les fabricants de compresseurs à vis. Même si le taux de compression en croissant dégrade le rendement volumétrique, pour un rapport HP/BP de 12, le rendement volumétrique est toujours de 80 %. Le rendement volumétrique se dégrade lorsque la pression en aval augmente pour la simple raison que le reflux des gaz de refoulement vers l’aspiration augmente aussi.

Exemple de courbe de rendement volumétrique d’un fabricant.

Les compresseurs à pistons

Le rendement volumétrique est donné par la relation suivante :

η = 1 – 0,05 x (HP/BP)

A titre d’exemple,

Aux mêmes conditions de fonctionnement que le compresseur à vis ci-dessus, le rendement volumétrique d’un compresseur à pistons est de :

η = 1 – 0,05 x (HP/BP)

η = 1 – 0,05 x 12

η = 0,4 ou 40 %

Cette formule est empirique et permet d’évaluer le rendement volumétrique avec une bonne approximation.

Pour les compresseurs à pistons, le volume balayé est défini par la relation suivante :

V_b = ( π x D² / 4) x C x n x N x 60 [m³/h]

Où :

D : diamètre du cylindre [m];
C : course du piston [m];
n : vitesse de rotation [tr/min];
N : nombre de cylindres;

On voit tout de suite que pour assurer un volume réel équivalent au volume nécessaire à fournir la puissance frigorifique utile, le compresseur devra tourner plus vite toute autre chose restant égale. Par conséquent, la consommation électrique du moteur entrainant le compresseur sera plus importante et défavorable, à puissance frigorifique utile égale, à la performance énergétique du compresseur.

Vue globale

La puissance frigorifique à atteindre constitue un critère de choix classique de départ, mais la sélection d’un compresseur demande une vue globale sur les typologies disponibles en fonction de la puissance frigorifique et sur le mode de régulation de puissance. Un camion peut être très performant, mais s’il est trop puissant, il n’atteint pas la performance de 2 camionnettes…
Dans le tableau synthèse de sélection, on trouvera les deux critères rassemblés.

Choix du type de compresseur

Il existe de nombreuses technologies de conception des compresseurs.

Techniques

Pour découvrir ces diverses technologies, cliquez ici !

Pour aider à la sélection, il est possible de les regrouper par « familles » et d’en tirer leur propriétés communes selon :

le mode de compression;
l’association moteur-compresseur.

Mode de compression

On distingue les compresseurs par le mode de compression :

Les compresseurs volumétriques;
les compresseurs centrifuges;

Les compresseurs volumétriques

Compresseur à vis (Source Bitzer) et compresseur scroll (Source Copeland).

Compresseur semi-hermétique à piston.
(Source Bitzer).

La compression du fluide frigorigène se fait par réduction du volume de la chambre de compression. Il existe des compresseurs à piston, à vis, à spirales (compresseurs scroll) et des compresseurs rotatifs.

Le compresseur centrifuge

La compression du fluide est créée par la force centrifuge générée par une roue à aubes. On parle de turbocompresseur. Les turbo-compresseurs sont souvent choisis dans des applications industrielles de grosses puissances.

Association moteur-compresseur

On les distingue également par l’association moteur-compresseur :

Le compresseur ouvert

Le moteur est dissocié du compresseur et raccordé par un manchon ou une courroie. L’accès aux différents éléments est possible pour réparation et la vitesse de rotation est modifiable en changeant la poulie du moteur. Mais ces deux avantages (fort théoriques…) ne compensent pas le défaut majeur de l’existence d’un joint d’étanchéité rotatif à la traversée du carter par l’arbre. Ce joint, qui doit être lubrifié pour assurer l’étanchéité, est source de fuites… inacceptables aujourd’hui dans un contexte « zéro-fuite » de fluide réfrigérant.

Le compresseur hermétique

Le moteur et compresseur sont enfermés dans une même enveloppe. Le joint tournant disparaît et avec lui le risque de fuite. Mais des contraintes nouvelles apparaissent, dont le fait que le refroidissement du moteur est réalisé par le fluide frigorigène lui-même. Cet échauffement est préjudiciable au cycle frigorifique puisque la température à l’aspiration du compresseur augmente. De plus, si le moteur vient à griller, c’est l’ensemble du circuit frigorifique qui sera pollué : un nettoyage complet du circuit doit être réalisé si l’on veut éviter de nouveaux ennuis. En cas de problème, il n’est plus possible de réparer… Dès lors, un organe de sécurité contre la surchauffe (Klixon) est incorporé. Grâce à cette sécurité thermique, montée dans les enroulements du moteur ou sur ces derniers, l’alimentation électrique sera coupée lors d’une surchauffe du moteur.
Le compresseur hermétique est couramment utilisé pour les petites et moyennes puissances : climatiseurs, armoires de climatisation, pompes à chaleur, …

Le compresseur semi-hermétique

qui réalise un compromis entre les deux produits précédents. Il tente de bénéficier des avantages du groupe ouvert (accès aux mécanismes) et du groupe hermétique (limitation des fuites). Mais l’étanchéité reste imparfaite (nombre de joints non négligeable) et le prix est sensiblement plus élevé que pour le compresseur hermétique.
Le compresseur semi-hermétique est utilisé pour les moyennes puissances

Comment choisir ?

Machines tournantes ?

Globalement en climatisation et réfrigération industrielle, la tendance actuelle est :

à l’abandon des machines à mouvement alternatif (compresseur à pistons),
au développement des machines tournantes, à came rotative, à spirale rotative (scroll) ou à vis.

Le compresseur à vis et compresseur scroll (Source Bitzer).

Les avantages et inconvénients :

(+)

une réduction des pièces mécaniques en mouvement (suppression des clapets) et donc une plus grande fiabilité,
un rendement volumétrique d’un compresseur assez bon grâce à l’absence d’espaces morts, comme dans les compresseurs à pistons,
une plus grande longévité,
un niveau sonore nettement plus favorable (moins de vibrations), surtout pour les appareils hermétiques,
une moindre sensibilité aux entrées de fluide frigorigène liquide (« coups de liquide » destructeurs des compresseurs à pistons),
un coût de maintenance également plus faible, puisque le risque de panne est diminué.

(-)

leur coût d’achat plus élevé;
nécessité de personnel qualifié;
en cas de défaillance, les compresseurs hermétiques tels que les scroll’s doivent être remplacés et sont limités en puissance;
les compresseurs à vis sont de plus grosse puissance et moins adaptés à la puissance frigorifique nécessaire habituellement dans les commerces.

Machines alternatives ?

Le compresseur semi-hermétique à piston (source Bitzer).

Les spécialistes du froid alimentaire dans la distribution quant à eux continuent de préconiser les compresseurs à pistons semi-hermétiques.
Les avantages et inconvénients :

(+)

l’investissement est raisonnable;
la réparation est facile;
au niveau des centrales de compresseurs, le niveau de puissance frigorifique est très modulable par le découpage par étage ainsi qu’une régulation de vitesse sur un des compresseurs;
la gamme de puissance frigorifique unitaire est étendue.

(-)

leur longévité est limitée;
ils sont sensibles aux entrées de fluide frigorigène liquide;
le risque de panne n’est pas négligeable;
…

En matière d’environnement

On choisira des compresseurs hermétiques ou semi-hermétiques pour atteindre l’objectif zéro-fuite de fluide frigorigène, objectif qui sera un jour ou est déjà obligatoire au niveau réglementaire.

Suralimentation des compresseurs à vis

Le fonctionnement technique de la suralimentation dépasse la portée de nos propos, mais le principe de base consiste à injecter une quantité de fluide frigorigène supplémentaire dans le compresseur, à une pression intermédiaire entre la pression de condensation et d’aspiration.
La puissance frigorifique en est nettement améliorée alors que la puissance absorbée n’augmente que légèrement.

Le dimensionnement du compresseur

Dimensionnement classique du compresseur

La puissance de la machine frigorifique a été dimensionnée pour répondre aux conditions de fonctionnement extrêmes (période de canicule), sans compter les surdimensionnements liés aux incertitudes d’utilisation des meubles et des chambres frigorifiques.

Généralités

La première économie consiste à évaluer au plus près la puissance frigorifique nécessaire, car la machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes. Chaque palier de diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne !
Le dimensionnement courant du compresseur pour une installation de froid alimentaire est naturellement conditionné par :

la puissance frigorifique à fournir
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).

Une température de condensation qui revient régulièrement dans le dimensionnement classique est de l’ordre de 40°C; ce qui correspond, compte tenu d’un « pincement » (caractérise le dimensionnement du condenseur) de l’ordre de 8 K, à une température d’entrée d’air de 32°C. Cette température d’air d’entrée correspond à une température « caniculaire ».
Ce qui est terrible dans le froid alimentaire, par rapport à la climatisation de bâtiment tertiaire où on pourrait tolérer un certain inconfort momentané, c’est que les règlementations et normes en matière de respect de la chaîne de froid sont très contraignantes (il y a va de la santé des consommateurs) et imposent aux commerçants de prendre les précautions qui s’imposent afin de respecter les températures de conservation. En d’autres termes, le bureau d’étude chargé du dimensionnement des compresseurs n’hésitera pas à prendre une valeur de 40°C de température de condensation même si on observe des températures d’air de l’ordre de 32°C quelques heures sur les 8 760 heures qui composent une année et donc de surdimensionner la puissance des compresseurs.

Froid négatif

On rappelle, de par les limites mécaniques des compresseurs à pistons, par exemple, que le taux de compression HP/BP ne peut pas dépasser en pratique la valeur de 8. En froid négatif, le taux de compression HP/BP nécessaire pour assurer au niveau de l’évaporateur des températures de l’ordre de -35°C implique un taux de compression de l’ordre de 15. Ces applications demandent donc de découper la phase de compression en deux étages.

« Lorsque le taux de compression est trop élevé, on travaille plutôt avec deux étages ».

Afin de réduire au maximum la taille (ou la cylindrée) des compresseurs, la pression intermédiaire entre les deux étages de compression doit être choisie de manière précise. La formule suivante exprime l’optimum de la pression intermédiaire P_i :

P_i = ( HP x BP)^0,5 [bars abs]

Où :

HP : Haute Pression absolue côté aspiration du compresseur [bars];
BP : Basse Pression absolue côté refoulement du compresseur [bars].

Différentes solutions existent pour étager le taux de compression HP/BP :

deux compresseurs séparés sont placés l’un à la suite de l’autre (en série). Mais cette solution est coûteuse;
un compresseur biétagé monobloc permet d’atteindre des taux de compression importants avec l’avantage de n’investir que dans une seule machine.

Le choix de la régulation de puissance du compresseur

Même si la puissance frigorifique du compresseur est calculée au plus juste pour une température de condensation raisonnable, il faut choisir une régulation qui lui permette de répondre à des besoins frigorifiques généralement beaucoup plus faibles que la valeur nominale et fluctuants dans le temps.
Diverses techniques de régulation sont possibles :

La variation de la puissance du compresseur

La variation de la puissance frigorifique de l’application de froid alimentaire (puissance utile à l’évaporateur) conditionne le fonctionnement du compresseur. Pour y répondre, comme le compresseur est de type volumétrique, il doit adapter sa puissance en faisant varier le volume de fluide frigorigène qui le traverse.
À l’heure actuelle, classiquement, la solution consiste à faire varier la puissance du compresseur :

soit en créant une cascade entre plusieurs compresseurs (= compresseurs en centrales);
par variation de la vitesse du compresseur.

Cascade de plusieurs compresseurs

À partir du moment où la puissance frigorifique devient importante (superettes, supermarchés ou hypermarchés), le choix d’une centrale de compresseurs s’impose pour les raisons suivantes :

fiabilité et sécurité d’alimentation en fluide frigorigène (ne pas « casser » la chaîne du froid) puisque les machines sont indépendantes;
modulation de la puissance frigorifique par enclenchement ou déclenchement successifs des différents compresseurs de la centrale.

La variation progressive de la puissance est énergétiquement favorable puisqu’aucune machine n’est dégradée dans son fonctionnement.

Centrale de 3 compresseurs en parallèle.

Bien sûr, le coût d’investissement est plus élevé que si l’on utilisait une seule grosse machine, mais imaginerait-on d’installer une grosse chaudière sans prévoir une cascade pour reprendre les faibles besoins de la mi-saison ?
Un découpage de la puissance en étages est recommandé, tout particulièrement lorsque les variations de charge sont importantes.
Il en résultera :
Un gain sur les kWh (énergie) :

car le « petit » compresseur alimentera un condenseur surdimensionné pour ses besoins, d’où une pression de condensation plus basse,
car le rendement du moteur du compresseur sera amélioré.
Une longévité accrue de l’installation par un fonctionnement plus régulier.
Une sécurité d’exploitation.
Un gain sur la pointe 1/4 horaire en kW (puissance), facturée par la société de distribution.

En général, on établit les enclenchements en cascade sur base de l’évolution de la pression d’aspiration de la centrale des compresseurs. Le tout est temporisé de telle sorte que les compresseurs ne s’enclenchent pas tous les uns à la suite des autres.

La variation de vitesse du compresseur

Centrale positive avec variateur de vitesse des compresseurs.
(Source : Carrefour Mons).

C’est une autre solution avantageuse en plein développement : soit un moteur d’entraînement à deux vitesses, soit un entraînement à vitesse variable. Cette dernière technique est sans aucun doute à recommander actuellement.
Le régime de vitesse s’adapte à la puissance de réfrigération souhaitée.
Par exemple, un variateur de fréquence génère une tension dont la fréquence varie entre 20 et 60 Hz. S’il s’agit d’un moteur prévu pour fonctionner à 1 500 tours à 50 Hz, il tournera entre 600 et 1 800 tours/min selon les besoins.
Pourquoi la limitation à 20 Hz ? Un défaut de lubrification du compresseur peut apparaît à basse vitesse, mais les constructeurs améliorent les systèmes régulièrement et trouvent des solutions.
Cette technique de variation de puissance par la variation de vitesse du compresseur (encore appelée INVERTER) entraine :

Un meilleur respect des températures de conservation des denrées (bonne stabilité de la température à l’évaporateur, car régulation de la pression à l’aspiration du compresseur).
Un rendement énergétique supérieur aux autres techniques de régulation de puissance, car on ne détruit pas le rendement volumétrique, on givre moins (en chambre frigorifique), on limite les dépassements de consigne de régulation propre aux systèmes de régulation tout ou rien (liés au différentiel de régulation).
Une réduction du bruit et des vibrations.
Un cos phi élevé (entre 0,95 et 0,98), ce qui permet d’éviter des pénalités ou le placement de condensateurs de compensation.

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Le supplément de coût (si un compresseur coûte 100, sa version avec variateur de vitesse tournera entre 150 et 180) sera rapidement amorti par l’économie d’exploitation. Il ne sera plus nécessaire de prévoir un démarrage étoile-triangle » puisqu’un démarrage « en douceur » est réalisé par le variateur.
A priori, les différents types de compresseurs peuvent être équipés de cette technique (excepté les petits compresseurs hermétiques), mais s’il s’agit de greffer un variateur sur un matériel existant, une consultation préalable du fabricant sera bienvenue (risque de défaut de lubrification).
Cette technique est également intéressante pour les compresseurs à vis (énergétiquement plus efficace que la régulation par tiroir), mais des troubles de lubrification et un échauffement du moteur peuvent apparaître à vitesse réduite.

La mise à l’arrêt de cylindres

Méthode assez répandue parmi les techniques de découpage de la puissance, il est possible de jouer avec la mise hors service des cylindres (ce qui peut s’adapter sur une installation existante).
Avantage :

pour éviter les pointes de courant de démarrage, il est possible de démarrer à vide le compresseur.

Inconvénients :

Ce réglage est énergétiquement moins favorable; les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 %, par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.
La variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance).
L’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

L’obturation de l’orifice d’aspiration

À cet égard, le réglage par un étranglement dans la conduite d’aspiration n’est pas meilleur. On modifie alors la puissance de réfrigération en agissant sur le débit du réfrigérant.

L’injection des gaz chauds

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 gaspillage 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.
C’est le compresseur qui travaille sur lui-même. On pourrait tenter l’image suivante : une pompe remonte de l’eau de la cave vers le rez-de-chaussée. Si l’eau vient à manquer, on risque de faire caviter la pompe. Aussi, on décider de redescendre de l’eau vers la cave, de réinjecter de l’eau supplémentaire à l’entrée de la pompe. Ainsi, on est sûr que le débit de la pompe restera suffisant !

(A ne pas confondre avec le dégivrage par injection de gaz chauds, qui est par contre une technique très efficace de dégivrage).

Tableau synthèse de sélection

L’importance d’une mesure préalable !

La mise en place d’une régulation performante demande de connaître la puissance effective nécessaire en fonction des saisons. Aussi, si le choix d’un compresseur doit être fait en vue du remplacement d’une machine existante, on placera un simple compteur horaire sur l’alimentation électrique du compresseur actuel pour ainsi connaître son temps de fonctionnement et donc la puissance moyenne demandée. Cela permettra de mieux choisir la nouvelle machine frigorifique.

Si l’installation doit vaincre les apports d’une machine spécifique à enclenchement discontinu, la puissance moyenne peut être trompeuse : à certains moments, c’est la puissance totale qui est demandée, et zéro le reste du temps… Idéalement, on enregistrera la puissance demandée, en relevant en parallèle la source des apports thermiques.

Le tableau de synthèse ci-dessous se base sur l’analyse des catalogues des constructeurs de référence en matière de froid alimentaire positif et négatif. Les compresseurs repris sont les plus couramment rencontrés dans les commerces. Mais on notera que pour la plupart des installations actuelles, le compresseur à pistons semi-hermétique est largement choisi.

	Plages de puissance (kW frigorifiques)	Régulation adaptée
Compresseur scroll	de 1 à 40, … kW par compresseur (mais possibilité de puissance supérieure par mise en parallèle de compresseurs)	Modulation de puissance optimale, par variation de la vitesse de rotation ou par mise en « centrale »
Compresseur à piston
Ouvert	de…, 2 à 100, … kW	Étanchéité aux fluides frigorigènes insuffisante aujourd’hui
Semi-hermétique	de …,2 à 60, ….kW	Un compresseur à plusieurs étages ou plusieurs compresseurs en cascade (« centrale ») Variation de la vitesse de rotation
Compresseur à vis	de …40 à 250 kW	Excellente fiabilité et longévité Modulation de puissance par « tiroirs » très souple, de 100 à 10 %, avec une très faible dégradation du COP par la régulation « par tiroirs », du moins au-dessus de 50 % de la puissance.

Compresseur à pistons
Semi-hermétique bi-étage	de …, 6 à 60, … kW	Modulation de puissance optimale par mise en centrale

Remarque.

Choisir un compresseur performant, c’est bien. Le placer dans un environnement favorable, c’est mieux. En pratique, on sera très attentif aux assembliers qui proposent
« un échangeur + un compresseur + un échangeur ».
L’ensemble forme une machine frigorifique, certes, mais les pertes de charge liées aux échangeurs sont parfois très élevées pour le compresseur, ce qui augmente fortement sa consommation !
On choisira de préférence une installation globale, montée d’usine et dont le fabricant garantit la performance globale.

Les critères acoustiques

En local technique

C’est le compresseur qui génère le plus de bruit, il est donc toujours préférable de le placer en local technique lorsque l’on dispose d’un espace suffisant, tandis que le condenseur refroidi par air est placé en terrasse. Cette solution est la plus adaptée en ce qui concerne la diminution des nuisances sonores vers l’extérieur du bâtiment.

Lorsque les compresseurs sont placés en local technique, ils masquent tous les bruits de détente ou de circulation interne des fluides dans la machine.
Pour diminuer les nuisances acoustiques du compresseur, il faut mettre en place les dispositifs suivants :

Mettre un capot acoustique sur la machine.
Prévoir une dalle flottante équipée d’isolateurs à ressorts.
Placer des plots en élastomère entre la machine et la dalle flottante.

Si le groupe évaporateur/compresseur est implanté au-dessus de locaux occupés, on peut placer un matelas de laine de verre entre la dalle flottante et le socle de propreté de la machine.
N.B. : la suspension antivibratile des compresseurs ne peut ne pas être suffisamment efficace, car les compresseurs sont reliés aux autres éléments de façon rigide. Ainsi, on utilisera des manchettes souples pour relier l’évaporateur aux canalisations du réseau hydraulique.

En terrasse

Si on ne dispose pas d’un local de service, évaporateur, compresseurs et condenseur seront placés en terrasse. Mais, sur le plan acoustique, ce type de disposition est toujours à éviter.
Dans tous les cas, il faudra éloigner au maximum les compresseurs de tous les plaignants potentiels.
Remarquons que l’éloignement de la machine impose des longueurs de canalisations plus importantes, ce qui peut avoir une influence sur le dimensionnement des équipements (collecteurs, pompes, …) et augmenter le coût de l’installation.
Il faudra éviter de placer les compresseurs à proximité de parois qui pourraient augmenter sa directivité vers une zone sensible. Au contraire, il faudra envisager de placer la machine de façon à la cacher derrière un obstacle. Ainsi, en terrasse, on pourra placer la machine derrière la cabine d’ascenseur ou profiter de la présence de l’armoire électrique de la machine, par exemple.
Remarque.
Si la réduction des nuisances acoustiques est un critère important, le placement d’un variateur de vitesse sur le compresseur (qui se justifie déjà pour des raisons énergétiques) est incontournable.
Certains variateurs peuvent être paramétrés pour « sauter » la(les) gamme(s) de fréquence(s) qui génère(nt) des vibrations du compresseur (fréquences de résonance de la machine). Simplement, il ne s’arrête pas sur ces fréquences critiques.

À titre d’exemple, voici quelques niveaux sonores donnés par un fabricant de groupes refroidisseurs de liquide (pression sonore mesurée à 10 m en champ libre en dBA).

– machines équipées de compresseur scroll hermétique :

Puissance comprise entre 3 et 15 kW : 55 à 86 dBA

– machines équipées de compresseur à piston semi-hermétique :

Puissance comprise entre 6 et 50 kW : 60 à 80 dBA

– machines équipées de compresseur à vis :

Puissance comprise entre 40 et 210 kW : > 60 dBA

Le choix de l’alimentation en « noyé » des évaporateurs

Le choix de l’alimentation en « noyé » des évaporateurs associés à la machine frigorifique permet d’optimiser les performances de l’évaporateur par une augmentation significative de l’effet utile par kg de fluide frigorigène. Pour autant que la conduite d’aspiration soit de courte longueur et bien isolée, la surchauffe est faible. Par conséquent, le débit massique est réduit au minimum et permet d’obtenir des valeurs de performance énergétique meilleures.
Dans la mesure du possible, le placement des machines frigorifiques en hauteur par rapport à l’évaporateur permettra de l’alimenter par gravité. C’est entre autre pour cette raison que les commerces qui disposent d’une puissance frigorifique importante préfèrent placer le local technique accueillant les machines frigorifiques en toiture.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ventilation [ Concevoir l’avant projet ]

Organiser une ventilation permanente des bâtiments

En ventilation naturelle, il peut paraître curieux de placer des joints pour étanchéifier les châssis et, simultanément, de placer des grilles de ventilation dans le même châssis ! Et pourtant, c’est correct. Toute la différence tient dans ce qu’on ne maîtrise pas le débit d’air qui passe dans les joints et que l’on maîtrise le débit qui passe dans la grille…

Dans le bâtiment-passoire de papa, toute la chaleur s’échappait la nuit et le WE par les inétanchéités.

La Citroën 2CV était sympathique, avec une ventilation naturelle extraordinaire, … mais on ne la vend plus aujourd’hui.

Le maintien de la qualité de l’air intérieur est aussi fondamental aujourd’hui que la réalisation du confort thermique. L’organisation d’une ventilation permanente, qu’elle soit naturelle ou mécanique, est un objectif logique, en plus que d’être une obligation réglementaire.

On y sera d’autant plus attentif dans les bâtiments scolaires où la tradition n’existe pas.

Privilégier la ventilation mécanique ?

Le chauffage de l’air neuf hygiénique représente près de la moitié de la consommation de chauffage d’un bâtiment isolé. Pour diminuer ce poste, le choix du système de ventilation n’est pas neutre.

En pratique, si on excepte le système B peu répandu, la norme propose 3 systèmes de ventilation, représentés ci-dessous de façon simplifiée dans le cas d’un immeuble d’hébergement :

Système A
(ou ventilation naturelle).

Amenée d’air naturelle

Évacuation d’air naturelle

Système C
(ou simple flux avec extraction mécanique).

Amenée d’air naturelle

Évacuation d’air mécanique

Système D
(ou double flux).

Amenée d’air mécanique

Évacuation d’air mécanique

L’investissement minimal, le souci d’éviter le bruit et le coût d’exploitation des ventilateurs, … feraient pencher pour le système A. Mais ce système est celui qui génère la plus grande consommation énergétique puisque le débit d’air est permanent et que l’on imagine difficilement que l’on va fermer les grilles lorsque l’occupant est absent.

Tout au contraire, le système D peut être arrêté la nuit et le WE (soit les 2/3 du temps) et une récupération de chaleur peut être réalisée sur l’air extrait (récupération de 50 % de la consommation). Dès lors, le chauffage de l’air de ventilation via un système D (muni d’un récupérateur de chaleur) chute donc au sixième de celui du système A ! Mais c’est le plus cher à l’investissement…

Le système C est sans doute un compromis : l’arrêt des extracteurs limite l’entrée d’air en dehors des périodes d’occupation.

À première vue, le système D est optimal pour un immeuble de bureaux.

Le système A est possible en théorie, en pratique c’est un système quasi irréalisable et de façon générale peu recommandable.

Ce choix n’est pas neutre sur la conception du bâtiment, dès la phase d’avant-projet. Notamment suite aux interactions avec la climatisation éventuelle.

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Pour plus d’informations sur le choix des systèmes de ventilation.

Surdimensionner (pour une fois !) les conduits d’air

À débit transporté égal, si la section d’un conduit d’air double, la vitesse diminue de moitié… et la puissance du ventilateur est diminuée par 8 !

Il faut le prévoir dès l’avant-projet pour réserver des espaces techniques suffisants (encombrement des conduits) et des trajectoires rectilignes (le moins de coudes possible).

En général c’est le contraire qui se produit : le bureau d’études est obligé de travailler à haute vitesse pour faire passer le débit d’air dans les petites sections tortueuses.

Et du bruit sera inévitablement entendu. À moins que des baffles acoustiques soient placés. Mais ces baffles augmentent fortement la perte de charge (= le frein) du conduit et donc la consommation du ventilateur…

Et puis, la consommation du ventilateur 8 x trop importante va se libérer en chaleur dans l’air transporté. Si l’air doit rafraîchir les locaux, il faudra augmenter d’autant l’énergie frigorifique pour combattre cet apport de chaleur…

L’ingénieur dirait : « posez les larges conduites d’abord et construisez le bâtiment autour ! ». Bon, cette caricature ne va pas motiver l’architecte…! Mais quand même, pourquoi ne pas tenter une « conception douce » des équipements ?

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Pour plus d’informations sur le choix des réseaux de ventilation.

Réguler en fonction des besoins réels

On a déjà attiré l’attention sur l’intérêt de la ventilation mécanique, permettant une programmation horaire générale. Mais si en plus, chaque local (ou zone de locaux) à occupation variable est équipé d’une régulation indépendante, il est possible d’en moduler l’apport d’air frais hygiénique. Par exemple, la ventilation d’une salle de réunion peut être gérée en fonction de la lecture d’une sonde de présence ou d’une sonde CO₂ traduisant la présence effective d’occupants.

À noter dans cette même logique de débit d’air contrôlé : un sas sera prévu à l’entrée du bâtiment. C’est d’autant plus important si le bâtiment est conditionné, car les locaux seront mis en surpression.

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Pour plus d’informations sur les techniques de régulation de la ventilation.

Sélectionner des bouches fonctionnant à basse température

Pour éviter l’inconfort, l’air hygiénique est souvent préchauffé à 20°C en centrale avant d’être pulsé dans les locaux.

Or, imaginons une température extérieure de 13°C. Si le bâtiment est conditionné, dans beaucoup de locaux, le refroidissement est déjà enclenché.

On assiste alors à un gaspillage énergétique : l’air extérieur est chauffé de 13 à 20°C… et du froid est apporté dans les locaux.

Le concepteur doit sélectionner des bouches qui permettent de pulser de l’air à 14…15°C dans le local, sans inconfort.
Il se tournera, par exemple, vers des diffuseurs à jet hélicoïdal qui favorisent pour un même débit, un brassage plus rapide entre l’air ambiant et l’air pulsé.

Si la climatisation n’est pas présente, la possibilité de pulser de l’air frais limitera le risque de surchauffe en mi-saison.

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Pour plus d’informations sur le choix des bouches de ventilation.

Découvrez ces quelques exemples de systèmes optimisés de ventilation : l’antenne communale de Louvain-la-Neuve, le bâtiment PROBE du CSTC ou encore l’école TANGA.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes au sodium haute pression

Comment fonctionne une lampe au sodium haute pression ?

La lampe à vapeur de sodium fait partie des lampes à décharge. Son principe de fonctionnement est donc identique.

Pour certaines lampes, l’ensemble amorceur, ballast conventionnel et condensateur peut être remplacé par un ballast électronique.

Schéma fonctionnement lampe au sodium haute pression.

Particularités

Le tube à décharge contient un amalgame de sodium avec du mercure et du xénon comme gaz d’allumage.

La lumière est émise, en majeure partie sous forme de rayonnements visibles, mais une petite partie est émise sous forme de rayonnements ultraviolets invisibles. Dans les lampes ellipsoïdes, on tente de récupérer ces rayons en tapissant la paroi intérieure de l’ampoule d’une poudre qui absorbe les U.V. et les transforme en rayons visibles. Cette poudre rend l’ampoule opaline.

Types et caractéristiques générales

Les lampes à vapeur de sodium haute pression standards émettent une lumière jaune-orangée, au maximum de la sensibilité de l’œil. Cette lumière leur confère une grande efficacité lumineuse.

Les lampes au sodium haute pression sont reconnaissables, pour les lampes à finition claire, à leur tube à arc en céramique de couleur blanche.

Il existe deux modèles de lampes au sodium haute pression : le modèle à bulbe ellipsoïde et le modèle tubulaire. En général, le premier s’utilise dans les cloches tandis que le second s’emploie dans les projecteurs.

Modèle à bulbe ellipsoïde, finition poudrée et modèle tubulaire, finition claire.

Ces lampes fonctionnent avec ballasts et amorceurs appropriés. On conseille d’utiliser ces lampes avec des ballasts électroniques.

À l’allumage, le flux lumineux nominal n’est atteint qu’après 2 à 3 minutes. Après extinction ou coupure de courant, le réamorçage ne peut se faire qu’après les 5 à 10 minutes nécessaires à leur refroidissement.
Certains modèles particuliers permettent un réamorçage immédiat. Ces lampes couvrent toute la gamme de puissance. Néanmoins, elles doivent être utilisées avec des accessoires adéquats : l’amorceur doit procurer une tension très élevée pour permettre cet allumage instantané.

Elles ont une position de fonctionnement bien déterminée.

A l’heure actuelle, il existe des lampes à vapeur de sodium haute pression avec un meilleur rendu des couleurs (de l’ordre de Ra > 80). Cette amélioration se fait au détriment de l’efficacité lumineuse : Sodium « blanche » ou Sodium « confort » ou « DeLuxe ». Ces lampes ne sont pas disponibles chez tous les fabricants et dans toutes les gammes de puissance.

On trouve également des lampes au sodium haute pression sans mercure. Ces lampes offrent une efficacité lumineuse et une longévité au moins équivalentes aux produits standards. Ces nouvelles lampes peuvent remplacer directement les lampes existantes.
Éliminer le mercure est un avantage significatif pour l’environnement.

Certaines lampes au sodium haute pression peuvent remplacer directement les lampes au mercure haute pression sans remplacement de ballast.
Ces lampes, comme les lampes au mercure haute pression, possèdent un starter incorporé. Le flux lumineux est augmenté de 30 à 55 % selon la puissance unitaire.

Dimming

La plupart des lampes sodium haute pression sont dimmables jusqu’à 60-50 % de leur flux à l’aide d’un ballast électronique dimmable et ce sans réduction significative de la durée de vie de la lampe et de son rendu de couleur.

Données	Pour connaitre les caractéristiques des lampes au sodium haute pression.
Données	Pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le ventilateur

Ventilateur centrifuge et ventilateur hélicoïde ou axial.

Voici les éléments qui peuvent guider le choix :

Point de fonctionnement et rendement

Le dimensionnement du système de ventilation définit le débit à fournir par le ventilateur et la perte de charge du réseau que celui-ci doit vaincre.

Concevoir

Pour connaitre les paramètres de dimensionnement d’un système, cliquez ici !

Les courbes caractéristiques des ventilateurs donnent, en fonction du débit, la pression dynamique à fournir par le ventilateur pour mettre l’air en vitesse dans le réseau de distribution. Cette pression dynamique ajoutée à la perte de charge du réseau indique la hauteur manométrique du ventilateur.

Hauteur manométrique et débit ainsi déterminés constituent le point de fonctionnement du ventilateur.

Courbes caractéristiques d’un ventilateur centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière.
Pour fournir un débit de 8 000 m³/h, le ventilateur délivre une pression dynamique de 45 Pa.
Pour un réseau ayant, avec ce débit une perte de charge de 955 Pa, la hauteur manométrique
du ventilateur est de 1 000 Pa. Pour obtenir ce point de fonctionnement le ventilateur
doit tourner à 1 950 tr/min.
Pour ce point de fonctionnement, son rendement sera de 81 %
et la puissance à l’arbre sera proche de 2,8 kW.

On sélectionne donc d’abord les ventilateurs pouvant délivrer le débit et la perte de charge souhaitée. On sélectionnera ensuite, à partir des courbes caractéristiques, le ventilateur dont la pression dynamique est minimum au débit voulu, de manière à minimiser la hauteur manométrique totale à fournir. En fait, plus le ventilateur a une taille importante pour les performances voulues, plus sa pression dynamique sera faible. Ensuite on repère le ventilateur dont le rendement est maximum au point de fonctionnement.

Le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments impose la pression dynamique maximum et le rendement minimum que doit atteindre le ventilateur choisi à son point de fonctionnement. Ces valeurs sont bien des valeurs minimales et sûrement pas optimales :

Type de ventilateur	% de pression dynamique max par rapport à la pression totale
Centrifuge à aubes inclinées vers l’avant.	20 %
Centrifuge à aubes inclinées vers l’arrière.	10 %

Puissance utile	Rendement minimum
> 7,5 kW	80 %
7,5 kW > > 3,5 kW	75 %
3,5 kW > > 2 kW	70 %

L’Annexe C3 de la PEB exprime elle aussi des exigences quant au rendement des ventilateurs. Elle définit trois classes d’efficacité pour les ventilateurs en fonction de leur puissance spécifique (P_SFP) :

P_SFP = P/q_V[W.m^-3.s]

où :

P = puissance absorbée au moteur du ventilateur [W]
q_V = débit nominal à travers le ventilateur en [m³.s^-1]

Cette puissance spécifique doit toujours respecter la condition suivante :

P_SFP > 1250 [W.m^-3.s]

Bien entendu la puissance spécifique et le rendement (au point de fonctionnement nominal) sont liés par la formule suivante :

P_SFP = H_m/η [W.m^-3.s]

où :

H_m est la hauteur manométrique [Pa]
η est le rendement nominal [-]

La valeur de 1250 W.m^-3.s correspond à la valeur maximale acceptable (la plus défavorable du point de vue énergétique). La catégorie la plus efficace est elle caractérisée par une puissance spécifique inférieure ou égale à 500 W.m^-3.s.

Notons que pour les ventilateurs à débit variable, le « 105 » recommande d’envisager 2 points de fonctionnement pour lesquels il faut respecter ces rendements : le débit maximum et 60 % de celui-ci. Pour les installations comprenant un filtre, ces rendements doivent être respectés pour tous les points de fonctionnement compris entre la situation « filtre propre » et la situation « filtre sale ».

Attention, le rendement mentionné ici correspond au seul ventilateur et non à l’entièreté du système qui englobe également la transmission et le moteur.

Exemple.

Un ventilateur doit être sélectionné pour fournir un débit de 1,2 m³/s (4320 m³/h) et une hauteur manométrique de 1 000 Pa

Une recherche dans les catalogues fournit les deux possibilités suivantes :

Le premier ventilateur (aubages recourbés vers l’avant) demande 1,8 kW en fonctionnement nominal, suite à son rendement de 67 %. Prix d’achat : +/- 600 €
Le deuxième (aubages recourbés vers l’arrière) ne demande que 1,4 kW pour fournir le même débit sous le même D p, suite au rendement de 84 %,…mais son prix est 40 % plus élevé ! Prix d’achat : +/- 825 €

Ventilateur avec aubages recourbés vers l’avant.

Remarquons que la puissance électrique absorbée par le ventilateur est parfois directement donnée par le constructeur sous forme d’abaque. Elle peut aussi être rapidement calculée par la formule :

Puissance [W] = Débit [m³/s] x Pression [Pa] / Rendement

Réalisons le bilan annuel des consommations :

Gain de puissance : 1,8 [kW] – 1,4 [kW] = 0,4 [kW]
Économie de consommation : 0,4 [kW] x 24 [h] x 365 [j] x 0,16 [€/kWh] = 560,6 [€/an]
Temps de retour de l’investissement : (825 [€] – 600 [€]) / 560,6 [€/an] = 0,4 [an]
Bénéfice sur 10 ans de fonctionnement : 10 x 306,6 [€/an] – 275 [€] = 5331 [€] !

Calculs

Pour estimer un peu plus précisément l’impact du rendement du ventilateur sur la consommation de la ventilation, cliquez ici !

Lorsqu’une installation de ventilation est gérée en fonction de la demande

Lorsqu’un groupe de ventilation assure la qualité de l’air d’un seul local (salle de conférence, …), la gestion de la ventilation se fera principalement en agissant sur la vitesse du ventilateur. Dans ce cas le rendement de départ du ventilateur sera pratiquement conservé sur toute la plage de réglage.

Par contre, lorsqu’un groupe de ventilation alimente plusieurs locaux, le réglage des débits peut se faire en agissant sur l’ouverture des différentes bouches. Dans ce cas, la fermeture de bouches va entraîner le redressement de la courbe caractéristique du circuit. Le point de fonctionnement va se déplacer vers la gauche de la courbe caractéristique du ventilateur. Pour rester le plus longtemps possible dans la zone de rendement maximum, il est conseillé de choisir un ventilateur dont le maximum de rendement se trouve à gauche du point de débit maximum.

Evolution du point de fonctionnement d’un système de ventilation lorsqu’une régulation par étranglement est appliquée.

Remarques.

Les courbes caractéristiques reprises dans les catalogues sont données pour un ventilateur gainé au niveau de l’aspiration et du refoulement. Elles ne correspondent pas, par exemple, à une situation où la pulsion se fait librement dans un local. Dans ce cas, les corrections à apporter doivent être demandées au fabricant. Lorsque l’on installe un ventilateur dans un caisson, ce sont les courbes du ventilateur intégré qu’il faut demander et non celles du ventilateur nu.
Les courbes caractéristiques sont données avec une certaine tolérance d’erreur. Les seuils de tolérance sont donnés par la norme DIN 24166. La plupart des fabricants respectent les tolérances de niveau 2. Certains atteignent le niveau 1. D’autres, à l’inverse, ont un seuil de tolérance de 3 ou 4. Dans ce dernier cas, les fabricants se tiennent bien souvent de le mentionner dans leur documentation. En fonction de la sévérité que l’on veut imposer sur le résultat à obtenir, on peut mentionner dans le cahier des charges de l’installation, le niveau de tolérance souhaité suivant la DIN 24166.

Aubes recourbées vers l’avant ou vers l’arrière ?

Dans les immeubles tertiaires, on rencontre principalement des ventilateurs centrifuges, soit à aubes recourbées vers l’avant, soit à aubes recourbées vers l’arrière.

1^er critère : le rendement

A priori les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière auront un meilleur rendement que les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant, mais ce n’est pas une règle tout à fait générale. Les premiers sont donc à conseiller sauf si un faible encombrement prime sur l’efficacité énergétique. Leur surcoût est très rapidement rentabilisé par la diminution des consommations électriques. Ce surcoût de ventilateur sera généralement minime si on le compare au coût global d’une nouvelle installation de ventilation. Par contre, le gain de rendement qui en résulte est déterminant pour les frais d’exploitation : plus de 50 % de la consommation électrique de la ventilation sont dus aux pertes de l’ensemble moteur-transmission-ventilateur.

Répartition des coûts d’un ventilateur.

Par exemple, pour des raisons d’efficacité énergétique, le cahier des charges 105 de la Régie des bâtiments n’autorise les ventilateurs à aubes inclinées vers l’avant que pour des débits inférieurs à 5 000 m³/h et des hauteurs manométriques inférieures à 600 Pa.

2^ème critère : l’allure de la courbe caractéristique

Dans les réseaux à débit constant

Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant ont une courbe caractéristique plutôt plate, c’est-à-dire que le débit varie fortement pour de faibles variations de pression. À l’inverse, les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière ont une courbe caractéristique fort penchée. Le débit varie donc peu pour de fortes variations de pression.

Courbe caractéristique d’un ventilateur à aubes recourbées vers l’avant
et à aubes recourbées vers l’arrière, pour un même point de fonctionnement.

En général, il est conseillé d’utiliser des ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière. En effet le débit de ventilation sera plus stable face aux perturbations de pression que l’on rencontre inévitablement (vent, encrassement des filtres, …).

Exemple.

La différence de perte de charge entre un filtre propre et un filtre sale est de l’ordre de 250 PA, la variation de débit entre ces deux situations peut dépasser 25 % dans la cas d’un ventilateur à action. Elle peut être inférieure à 10 % si on se trouve dans la partie descendante de la courbe d’un ventilateur à réaction.

Les ventilateurs à aubes arrières sont donc indispensables pour la ventilation de locaux ou un débit stable est important comme les salles blanches avec flux laminaire.

Dans les réseaux à débit variable

Avec une gestion des débits local par local dans un système de ventilation multizone, la fermeture de certaines bouches entraîne une augmentation de la pression dans le réseau de distribution et donc aussi une augmentation du débit et du bruit au niveau des bouches restées ouvertes. Dans certains cas

Soit en choisissant un ventilateur à aubes recourbées vers l’avant. Ceux-ci ayant une courbe caractéristique plutôt plate, ils permettent donc le maintien d’une pression plus ou moins constante lorsque l’on fait varier le débit, par exemple par fermeture de certaines bouches du réseau de distribution.
Soit en choisissant un ventilateur à aubes recourbées vers l’arrière associé à une variation de vitesse, maintenant une pression constante en un point du réseau.

Gestion du débit dans un réseau de ventilation,
soit avec ventilateur à action,
soit avec ventilateur à réaction et maintien de la pression en tête de réseau.

Il faut alors comparer le surcoût d’un ventilateur à aubage arrière et d’une variation de vitesse avec l’économie énergétique réalisée en choisissant un ventilateur à aubage arrière par rapport à un ventilateur à aubage avant.

Dans les systèmes de ventilation unizone, où on prévoit une régulation du débit par étranglement, solution par ailleurs peu recommandée, l’utilisation d’un ventilateur à aubes avant permet de grandes variations de débit avec des faibles mouvements du registre. À l’inverse, il arrive que l’utilisation d’un registre d’étranglement n’ait que peu d’impact sur le débit d’un ventilateur à aubes arrières.

Mode d’entraînement du ventilateur

Rendement global

Le rendement du ventilateur est une chose, il faut cependant aussi être attentif au rendement de l’ensemble formé par le ventilateur, son entraînement (moteur et transmission).

Pour comparer deux solutions de ventilateur, on peut demander à chaque fournisseur la puissance électrique absorbée par le moteur pour obtenir le débit et la hauteur manométrique voulus, le rendement étant égal à :

Rendement = Débit [m³/s] x Hauteur manométrique [Pa] / Puissance électrique [W]

Pour se faire une idée de la qualité des solutions, on peut comparer le rendement proposé aux valeurs minimum imposées en Suisse par la SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes). Pour les installations dites très performantes, on peut dépasser ces valeurs de 5 %.

Rendement préconisé par SIA.

Transmission

La meilleure transmission est sans conteste la transmission directe car ses pertes sont moindres (2 à 5 %) et il n’y a pas de frais d’installation de poulies et courroies, pas de surveillance, pas de remplacement de courroies. L’encombrement du système est de plus nettement moindre ce qui n’est pas négligeable dans le cas de groupes monoblocs.

Cela nécessite bien entendu un système de remplacement pour adapter la vitesse de rotation, comme un convertisseur de fréquence, ce qu’on verra de plus en plus, vu la démocratisation de ce genre d’appareil. Le convertisseur a l’avantage qu’à tout moment on peut régler une vitesse intermédiaire, le démarrage est doux et il permet directement une surveillance totale du moteur. Son coût reste cependant élevé dans le cas de puissance électrique importante. Attention, un réglage du débit par étranglement, souvent appliqué, est à déconseillé pour des raisons de surconsommation.

À l’inverse, si de toute façon, pour des raisons de gestion du débit à la demande, l’installation est équipée d’un convertisseur de fréquence, autant alors opter pour une transmission directe plutôt qu’une transmission par courroies ayant un moins bon rendement.

Lorsque l’on opte pour une transmission par courroies, il faut prendre des poulies aussi grandes que possible. Une grande poulie diminue l’usure de la courroie lorsqu’elle doit se tordre pour s’enrouler autour de la poulie. Elle permet en outre de transmettre plus de force qu’une petite poulie. Le choix de petites poulies n’est justifié par certains fabricants que par leur prix inférieur.

Il faut en outre éviter les courroies multiples. Il vaut mieux peu de courroies avec des grandes poulies que des petites poulies avec plus de courroies. Souvent, les fabricants prévoient des courroies multiples à cause de l’effort au démarrage. Avec les systèmes modernes de démarrage en douceur (convertisseurs), on peut réduire le nombre de courroies.

Il faut éviter les courroies de section trop faibles (SPZ), elles sont facilement surchargées et s’usent rapidement. Pour diminuer l’usure et la saleté dégagée par les courroies (poussière noire collante), il est possible d’utiliser des courroies trapézoïdales crantées, qui durent beaucoup plus longtemps (elles se plient mieux au moment de l’enroulement dans la poulie), mais qui sont bien évidemment plus chères, il s’agit des types XP… au lieu de SP…

Moteur

Les moteurs qui équipe la plupart des ventilateurs actuels sont des moteurs asynchrones. Ces derniers ne présentent pas entre eux de grandes différences de rendement. Depuis peu, sont apparus sur le marché, des moteurs à courant continu. Ces derniers présentent des rendements nettement supérieurs. Actuellement, du fait de leur production à faible échelle, les moteurs à courant continu sont plus chers que leurs homologues asynchrones. Par exemple, le coût supplémentaire d’un ventilateur domestique à courant continu est de l’ordre de 100 €. L’amortissement de ce surcoût peut être estimé en moyenne à 4 ans.

Le rendement élevé, la faible usure et les possibilités de réglage font des moteurs à courant continu une solution d’avenir pour l’entraînement des ventilateurs.

Intégration du ventilateur dans le réseau

L’intégration du ventilateur dans le circuit joue un rôle non négligeable sur le rendement global de l’installation.

Sortie du ventilateur

Il est très important de concevoir les entrées et les sorties d’air du ventilateur afin d’avoir un flux d’air le plus stable possible.

On évitera ainsi de placer un coude ou un piquage à une distance inférieure à deux fois le diamètre de la roue du ventilateur.

La section de sortie du ventilateur doit être le plus possible adaptée à la section du conduit de distribution. L’idéal est le ventilateur hélicoïde débitant dans un conduit de même section que son diamètre. En effet, dans ce cas la veine d’air garde une direction constante.

Pour minimiser les pertes, la section du raccord doit être comprise entre 87,5 % et 107,5 % de la section de sortie du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent et 7° pour un divergent. Idéalement, cette pièce de transformation doit être placée à une distance du ventilateur supérieure à deux fois le diamètre de sa roue.

Exemple.

Voici trois exemples de ventilateur débitant dans un même circuit. On voit la hauteur manométrique (image de la puissance absorbée) nettement plus importante que doit avoir un ventilateur dont l’orifice de refoulement est trop petit par rapport à la section du conduit, même lorsqu’on l’équipe d’un divergent de longueur correcte.

La surconsommation du troisième cas par rapport au premier est de 11 %.

Dans le même ordre d’idées, il est préférable de raccorder le ventilateur directement au gainage de distribution plutôt que de laisser la sortie de ce dernier libre dans le caisson du groupe. En effet, dans ce dernier cas, la pression dynamique disponible à la sortie du ventilateur (dépendant de la vitesse du fluide) est totalement perdue et non transformée en pression statique, à cause de l’absence de contraction des veines d’air lorsque celles-ci débouchent dans le plenum du caisson. Cette perte de pression dynamique constitue une perte de charge supplémentaire du caisson, correspondant à une surconsommation.

Exemple.

Comparaison de l’évolution de la pression dans un caisson de ventilation monobloc,
sortie libre dans le caisson et sortie raccordée au gainage.

Il faut en outre prévoir à la sortie du ventilateur une section de gaine droite suffisamment longue avant le premier changement de direction (au moins deux fois le diamètre de la roue du ventilateur). En effet, le fonctionnement du ventilateur sera perturbé si un changement de direction intervient alors que le flux d’air sortant du ventilateur n’est pas encore homogénéisé.

Evolution du flux d’air à la sortie d’un ventilateur.

Aspiration du ventilateur

Les conditions d’entrée du ventilateur jouent un rôle encore plus important sur ses performances.

La situation idéale est l’introduction d’air dans le sens de l’axe de rotation de la roue, de façon uniforme et sans turbulence.

Si les turbulences rotatives à l’entrée sont dirigées dans le sens de rotation de la roue, cela réduit la puissance de sortie et le rendement du ventilateur. Lorsque la turbulence est dirigée dans le sens inverse du sens de rotation de la roue, la puissance du ventilateur n’est peut-être pas réduite, mais celui-ci consomme plus d’électricité.

Exemples.

Ventilateurs avec gainage à l’aspiration (ventilateurs d’extraction).

Turbulence prérotative et turbulence prérotative corrigée.

Turbulence contre-rotative et turbulence contre-rotative corrigée.

Si l’ouïe d’aspiration du ventilateur et le gainage sont de sections différentes, la section du raccord doit être comprise entre 92,5 % et 112,5 % de la section d’entrée du ventilateur et l’angle du raccord ne peut dépasser 15° pour un convergent vers l’ouïe et 7° pour un divergent.

Lorsque l’ouïe d’aspiration d’un ventilateur est placée le long d’une paroi plane, il faut veiller à ce que la distance à la paroi soit au moins égale au diamètre d’entrée pour éviter la création d’une perturbation de la veine d’air aspiré.

Acoustique

Le bruit des ventilateurs peut avoir diverses origines mécaniques ou aérauliques (les bruits de type aéraulique sont généralement les plus importants) :

le bruit de ronflement du moteur qui entraîne le ventilateur
le bruit de la transmission mécanique au niveau des accouplements
le bruit de crissement des courroies au démarrage
le bruit des roulements et des paliers
le bruit de balourd résultant d’un mauvais équilibrage du ventilateur
le bruit de frottement de l’écoulement turbulent de l’air sur les pales du ventilateur et les parties fixes du ventilateur (carcasse,… )
le bruit du ventilateur servant à refroidir le moteur du ventilateur.

Comment connaître le bruit que fera le ventilateur ?

Pour comparer la production de bruit de plusieurs ventilateurs, il faut comparer leur puissance acoustique. Comparer les niveaux de pression sonore est inutile car cette grandeur dépend des conditions de mesure qui sont différentes chez tous les fournisseurs.

La puissance acoustique L_W du ventilateur est reprise dans les courbes caractéristiques présentes dans les catalogues des fournisseurs. Il faut cependant vérifier l’endroit du ventilateur où a été prise la mesure (gaine de refoulement, aspiration, …).

Notons qu’un ventilateur qui fonctionne dans des conditions proches de son rendement maximum sera le plus silencieux.

Exemple.

Courbes caractéristiques d’un ventilateur.

Le bruit du ventilateur, un critère de choix important ?

La puissance acoustique du ventilateur est un critère de choix déterminant chaque fois que le ventilateur est en communication directe avec l’ambiance : extracteur d’air visible depuis le local, ventilateur d’aérotherme, ventilo-convecteur, etc…

Tourelles d’extraction d’air en toiture. Dans la vue éclatée, on reconnaît les pales du ventilateur en partie supérieure, posé sur un caisson acoustique pour absorber le sifflement créé par le frottement des pales sur l’air.

Si, par contre, un réseau d’air est installé entre le ventilateur et les locaux, la situation est moins critique : des réflexions internes de l’onde acoustique ont lieu, la gaine absorbe en partie le bruit (surtout les hautes fréquences) et la pose d’absorbants supplémentaires est possible (silencieux, …). Ainsi, on diminue fortement le bruit d’un climatiseur de local en le plaçant dans un local annexe et en lui raccordant une gaine de distribution.

Par exemple, pour ventiler un grand espace, la première situation va imposer le placement d’un silencieux. La deuxième situation est moins critique et donc le critère acoustique devient moins important dans le choix du ventilateur.

Un silencieux est obligatoire.

Un silencieux peut parfois être évité grâce à l’absorption et à la réflexion dans les conduits.

Calculs

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation : cliquez ici !

À noter cependant que la présence d’un silencieux va augmenter la perte de charges du réseau et donc la consommation du ventilateur durant toute la durée de vie de l’installation. Un bilan financier doit comparer le coût d’investissement d’un ventilateur de faible niveau sonore, avec celui d’un équipement plus bruyant complété d’un silencieux pour lequel il faut compter une consommation complémentaire …

Un niveau sonore lié à la hauteur manométrique

Si le niveau de puissance sonore n’est pas mentionné sur la documentation technique du fabricant, il peut être déduit de la formule de Beranek :

L_w= 37 + 10 log q_v+ 20 log (Δp) [dB]

où,

q_v= le débit volumique en m³/s.
Δp = la hauteur manométrique totale en PA.
L_w= le niveau global de puissance sonore du ventilateur en dB.

Cette formule s’applique aux ventilateurs dont le rendement minimal est de 70 %. Il faut ajouter 4 dB à chaque baisse de 10 % du rendement.

Cette formule fournit une valeur moyenne très approximative.

Elle permet cependant de mettre en évidence le niveau de bruit élevé des installations « haute pression ». Si, pour des raisons d’encombrement de gaines, il est décidé de réaliser un réseau à haute vitesse et haute pression, une étude acoustique préalable sérieuse s’impose.

Choisir un ventilateur à haut rendement et basse vitesse

La production de bruit d’un ventilateur est:

inversement proportionnelle à son rendement
proportionnel à sa vitesse

On a donc aussi tout intérêt, pour limiter la puissance sonore du ventilateur, à choisir le ventilateur ayant le meilleur rendement au point de fonctionnement. En fait, plus un ventilateur crée des turbulences, plus son rendement se dégrade, et plus il crée du bruit. À rendement égal, le ventilateur tournant le moins vite (c’est-à-dire le plus grand, si on compare 2 ventilateurs ayant le même type de roue), sera le plus silencieux.

Ceci a également pour conséquence une diminution de la taille de l’éventuel silencieux dont peut être équipé l’installation.

Bien choisir l’implantation du local technique ou de l’extracteur

Local technique

Le local technique est un local bruyant (… NR 75 …). Il faut tout d’abord veiller à confiner le bruit à sa source, par exemple en utilisant des caissons de traitement d’air à doubles parois. Les caractéristiques acoustiques de ces derniers peuvent être ajustées en jouant sur l’épaisseur des tôles et l’épaisseur de l’isolant intérieur. Ensuite, on essayera de limiter la transmission du bruit vers les locaux adjacents, principalement si ces derniers sont des locaux de travail.

Le local technique (où sera installé le ventilateur) sera placé de préférence sous les pièces de service, des circulations communes,… et non sous un local où le niveau sonore doit être limité. Latéralement, des espaces intermédiaires peuvent être prévus (couloirs, locaux de stockage, …).

Lorsque les locaux techniques ne peuvent être implantés qu’à proximité de locaux sensibles, les murs mitoyens doivent être de structure suffisamment lourde pour respecter l’objectif acoustique imposé dans les locaux sensibles. Il en va de même pour la dalle. L’indice d’affaiblissement des parois dépend du spectre du bruit des équipements installés dans les locaux techniques.

Si nécessaire, la pose de matériaux absorbants sur les parois du local technique permettra de limiter la réflexion des sons dans le local. De ce fait, le bruit global sera diminué puisqu’il n’y aura plus addition entre « le nouveau » bruit produit et « l’ancien » bruit réfléchi. À noter que les caractéristiques d’absorption des matériaux doivent être adaptées aux fréquences émises par les équipements.

Cette amélioration ne sera que partielle; ainsi, doubler la surface équivalente d’absorption dans le local ne diminue le niveau sonore que de 3 dB. Si le problème acoustique est limité à une seule paroi de contact, c’est d’abord celle-ci que l’on traitera (paroi très lourde ou paroi double avec effet masse-ressort-masse).

La taille du local technique joue également un rôle important en acoustique. En effet, un local trop exigu rendra difficile le positionnement des équipements et notamment des silencieux, capots, isolation acoustique des parois.

Portes d’entrée et d’accès pour le matériel

Les portes d’entrée au local technique peuvent constituer un pont acoustique important si aucune précaution n’est prise lors de leur choix : portes acoustiques, porte à doubles battants avec montant central fixe mais amovible, sas constitué de deux portes en enfilade et éventuellement équipé de matériau absorbant.

Pour pouvoir rénover ultérieurement le matériel technique, une accessibilité du local suffisamment importante doit être assurée. Elle ne sera utilisée que lors du montage et du remplacement des équipements. Pour éviter le placement de grandes portes acoustiques, on peut aussi poser des « murs fusibles », c’est-à-dire des murs qu’il est possible de démolir, plutôt que de prévoir des portes acoustiques de grande dimension.

Conduits

Les conduits constituent des ponts phoniques importants… à éviter si possible (ne pas les faire passer par les locaux techniques).

Garage collectif

On sera particulièrement attentif au groupe de ventilation d’un garage où un volume suffisant doit être prévu pour y placer un silencieux.

Extracteur extérieur

Ils doivent être placés le plus loin possibles des pièces de travail, et tout particulièrement de leurs fenêtres ! En fonction des règlements locaux en matière d’émission de bruit vers le voisinage, un traitement acoustique de l’extraction doit être prévu (silencieux, …).

Couper la transmission du bruit vers les supports

Pour réduire la propagation des vibrations des ventilateurs à la structure du bâtiment, on insère sous son socle des supports élastiques antivibratiles de manière à réaliser une dalle flottante.

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 masse de l’équipement et sa répartition,
la fréquence excitatrice liée à la vitesse de rotation du moteur et du ventilateur.

Pour une bonne efficacité, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice.

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’elles sont 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’est-à-dire la construction d’un socle de béton (sous l’équipement ou sur tout le local) sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aigües.

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.

En général, il sera fait appel à un spécialiste de cette question pour le dimensionnement correct des plots.

À noter l’importance de réaliser des raccordements souples des gaines et des canalisations à la machine qui vibre, afin d’éviter non seulement la transmission des vibrations, mais également le risque de rupture.

Encombrement

Parfois des impératifs de place peuvent imposer le choix d’un ventilateur plus petit mais tournant à plus grande vitesse. Ce critère de choix va cependant à l’encontre des critères précédents. Pour un même point de fonctionnement, un ventilateur plus petit aura un plus mauvais rendement et produira plus de bruit.

Le ventilateur plus petit coûte évidemment moins cher à l’investissement, mais la surconsommation électrique qu’il engendre fait vite oublier ce bénéfice.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gestion des consommations électriques aux FUNDP de Namur

Les Facultés

Les études universitaires demeurent l’espace privilégié de la transmission et de la création du savoir. À Namur, elles sont organisées au sein de six facultés :

droit;
médecin;
philosophie et lettre;
informatique;
sciences;
et sciences économiques, sociales et de gestion.

On y retrouve deux cents professeurs et autant d’assistants, pour quatre mille cinq cents étudiants.

La soixantaine de bâtiments des facultés se situe principalement dans le centre de Namur. Ils représentent actuellement une superficie exploitée d’environ 148 000 m².

Implantation des Facultés universitaires dans Namur.

Parmi tous les bâtiments, ce sont ceux dédiés à la recherche qui sont, de loin, les plus énergivores.

Les installations techniques, de chauffage et de climatisation comprennent :

36 chaufferies avec 50 chaudières,
67 groupes de ventilation,
234 pompes et circulateurs,
23 boilers sur chaudière,
30 ascenseurs,
37 chambres froides,
17 groupes frigorifiques.

Cette étude de cas a été réalisée au tournant de l’année 2000 en se basant sur les consommations des années 90. Aujourd’hui, en 2016, les principes de réduction d’énergie et de coûts mis en œuvre restent d’actualité, mais les prix exposés dans le développement de cette page sont à évaluer de manière critique.

En 2000, la consommation annuelle de mazout était de 1 250 000 équivalents litres, celle d’électricité était de 6 500 000 kWh.

Au début des années 90, la facture annuelle d’électricité pour l’ensemble des FUNDP se monte à plus de 625 000 € par an. Afin de réduire cette facture, Monsieur Guilmin, responsable du département maintenance, projette d’entreprendre une série d’actions sur les consommations électriques.

Sensibilisation des occupants

Fin 1997, en éveillant la sensibilité de quelques personnes à la nécessité de maîtriser les consommations énergétiques, les services techniques initient une démarche qui ne cessera plus de s’amplifier.

Ainsi, à l’initiative des services techniques, dans chaque bâtiment, plusieurs personnes prennent rapidement conscience de l’importance de l’action individuelle dans la diminution des consommations énergétiques.

Fort de ce support venant de quelques utilisateurs, les services techniques entament une campagne beaucoup plus vaste de sensibilisation des occupants et utilisateurs.

Pour s’assurer de leur participation active dans le processus d’économie d’énergie, ces derniers doivent être rassurés par rapport au confort attendu et au bon fonctionnement des équipements.

Le comportement le plus immédiat à faire adopter est l’extinction de l’éclairage en dehors des heures d’occupation des locaux. Affichettes et autocollants font alors leur apparition, avec un slogan simple : « je fais comme chez moi, j’éteins !! ». Plusieurs articles consacrés aux économies d’énergie sont publiés dans le périodique bimestriel des FUNDP. Diverses informations techniques sont envoyées aux responsables de laboratoires ou de départements particulièrement « énergivores ».

Par ces campagnes et grâce aux quelques acteurs déjà sensibilisés, d’une participation polie, l’ensemble des occupants devient actif dans la recherche des gaspillages. Une véritable philosophie d’entreprise naît, grâce à la confiance établie entre les gestionnaires techniques et les utilisateurs des bâtiments. Il est dès ce moment possible de diminuer les températures de consignes et les plages horaires sur le chauffage, sans que n’apparaissent ni chaufferettes d’appoint, ni rouspétances.

Fin 1998, les services techniques s’appuient sur le soutien de tous les utilisateurs et occupants pour proposer une position volontariste en matière d’utilisation rationnelle de l’énergie au conseil d’administration des FUNDP, qui l’accepte.

Le changement de mentalité se fait alors sentir au niveau des investissements en nouveau matériel. Tout nouvel achat est étudié sous l’angle de la consommation. Par exemple, une série de frigos « classe A » viennent remplacer des appareils moins performants.

Exemple.

La bibliothèque universitaire Moretus-Plantin (BUMP) comporte 10 plateaux, dont 3 sont accessibles au public et 7 contiennent les livres archivés. L’éclairage de chacun des 7 plateaux d’entreposage comprend 100 tubes de 36 W. Ces tubes étaient allumés par le passé de 8h00 à 20h00, pour garantir le confort et un climat de sécurité. Le technicien gestionnaire de ce bâtiment a été particulièrement sensible aux actions des services techniques et a, à son tour, entamé diverses actions de sensibilisation pour réduire les consommations. Les discussions ont porté sur la possibilité de couper l’éclairage en dehors des périodes d’utilisation de chaque rayon. Cela s’est traduit par le remplacement des interrupteurs classiques par des minuteries à réarmement qui éteignent automatiquement les lampes après 15 minutes. De 445 000 kWh en 1997, la consommation de la bibliothèque est passée à 395 000 kWh en 1999.

Repérage des principaux consommateurs

Afin de réduire efficacement les consommations électriques, la première étape est le relevé des consommations par équipement afin d’identifier les gros consommateurs. Dans cette optique, 140 compteurs comptabilisant les consommations d’autant de bâtiments ou de zones d’utilisation sont posés.

Décompteurs, l’un d’eux équipé d’une cellule optique pour mesurer la consommation « instantanée »

Consommateur	Puissance quart-horaire	Ratio de consommation
Éclairage	450 kW	36 %
Chauffage et climatisation	400 kW	32 %
Matériel informatique	200 kW	16 %
Chambres froides et divers autres	200 kW	16 %
Total	1250 kW	100 %

En 1992, la facture électrique est de quelques 642 300 € pour 6 770 000 kWh. Avec une superficie de locaux de 136 400 m², le ratio est de 49,6 kWh/m² an.

Plusieurs opérations de réduction des consommations électriques sont alors lancées. Les premières concernent les appareils d’éclairage et les boilers électriques.

L’impact sur la consommation électrique de ces deux mesures se fait rapidement ressentir puisqu’en 1995, la facture ne correspondait plus qu’à 635 375 €, soit 6 200 000 kWh. Le ratio de consommation était donc retombé à 44,5 kWh/m² an.

Rénovation de l’éclairage

Le relighting a été et est réalisé en plusieurs phases. Les objectifs généraux sont la réduction de la consommation électrique et l’amélioration du niveau d’éclairement.

Les services techniques entament une première étape au début des années 90, par le remplacement systématique des équipements d’éclairage (réglettes nues, luminaires laqués blancs, diffuseurs opalins) par des appareils avec nettement meilleur rendement. Ces appareils sont encore équipés de starter et de ballast électromécanique. Ces remplacements se font par opportunité, dès que des travaux sont planifiés dans des locaux. Cela représente une moyenne d’environ 200 équivalents tubes par an.

Anciens luminaires : tubes nus, diffuseurs opalins

En 1994-1995, les ballasts électroniques remplacent les ballasts électromécaniques, toujours avec la même intensité dans le programme de remplacement.

Finalement, à partir de 1998, le dimmage des appareils proches des fenêtres en fonction de la luminosité fait son apparition. Le dimmage, c’est-à-dire l’augmentation ou la diminution progressive de la puissance d’éclairage, permet de réduire automatiquement la puissance de l’éclairage lorsque l’éclairage naturel est suffisant. Actuellement, cette campagne se poursuit encore à raison de 700 équivalents tubes par an.

Les temps de retour pour ces appareils oscillent autour de 6-7 ans, en fonction des travaux annexes à réaliser comme le re-plafonnage après travaux.

Nouveaux luminaires haut rendement.

Les deux objectifs sont atteints, avec de meilleurs niveaux d’éclairement là où c’était nécessaire et des économies d’électricité.

Exemple.

À titre d’exemple, les nouveaux appareils de l’auditoire D1 procurent un même niveau d’éclairement, pour une diminution sensible de la consommation :

Anciens appareils (lampes T12 « rapid start » de 65 W) :

71 [lampes] x (65 [W] + 17 [W]^*) = 5 822 [W]

Nouveaux appareils (lampes T8 de 32 W) :

62 [lampes] x (32 [W] + 4 [W]^*) = 2 232 [W]

Gain : 3 590 [W]

Tubes fluos ancienne génération T12 et T12 « rapid start » (38 mm) et tubes fluos nouvelle génération T8 (26 mm) et T5 (16 mm)

À la bibliothèque universitaire Moretus Plantin (BUMP), des nouveaux appareils dans la zone d’accueil procurent un niveau d’éclairement 4 fois supérieur aux anciens appareils, pour une économie d’énergie de plus de 750 W.

Anciens appareils (lampes T12 de 40 W) :

49 [lampes] x (40 [W] + 10 [W]^*) = 2 450 [W]

Nouveaux appareils (lampes T5 de 28 W) :

49 [lampes] x (28 [W] + 5 [W]^*) = 1 617 [W]

Gain : 833 [W]

*17, 4, 10 et 5 [W] sont respectivement les pertes dues aux ballasts électromagnétiques dans les anciens appareils et électroniques dans les nouveaux.

Suppression de chauffe-eau électriques

Lors de leur installation, les boilers électriques se justifiaient par leur investissement réduit par rapport au coût d’installation d’un système de chauffage centralisé. À l’heure actuelle, au vu du prix de l’énergie, la production d’eau chaude à partir d’une source électrique, directe ou à accumulation, ne se justifie plus.

Les boilers électriques sont dès lors progressivement remplacés par d’autres boilers placés sur des chaudières existantes ou sur de nouvelles chaudières installées spécifiquement à cet effet.

Les bâtiments de logement (résidence des Pères et pédagogie) sont les premiers visés par ces mesures, suivis immédiatement par les bâtiments académiques.

170 kW de résistance électrique furent ainsi remplacés, pour des temps de retour relativement courts, de l’ordre de 2 à 5 ans. De plus, la maintenance se trouve indirectement améliorée : la faible durée de vie des chauffe-eau électriques, la fragilité et la sensibilité à la température des têtes en céramique de la robinetterie, les fuites des groupes de sécurité ne sont maintenant plus de mise avec les boilers sur chaudières.

Placement de moteurs à vitesse variable

Les avantages des variateurs de vitesse (convertisseurs de fréquence) sont multiples. D’une part, l’adaptation de la vitesse des moteurs en fonction des besoins réels permet une grande facilité de réglage et de pilotage comparé aux systèmes tout ou rien (ON/OFF). La finesse des réglages est particulièrement intéressante par rapport au sur-dimensionnement que l’on rencontre pour de nombreux circulateurs de boucles de distribution de chauffage. Un deuxième avantage est l’économie réalisée sur les factures d’électricité et sur les factures de chauffage ou de climatisation (le chaud et le froid ne sont plus distribués que lorsque c’est vraiment nécessaire). Notons finalement que le bruit de fonctionnement se trouve considérablement réduit.

Circulateur à vitesse variable.

En ce qui concerne les moteurs d’entraînement des ascenseurs, l’utilisation de vitesse variable permet d’accélérer et de ralentir progressivement, ce qui réduit très fort les contraintes sur les moteurs et sur les freins et en améliore ainsi grandement la durée de vie.

D’un point de vue financier, il est difficile de chiffrer précisément le temps de retour. D’une part, les économies réalisées par les variateurs de vitesse sont difficilement « isolables » des autres économies et d’autre part les variateurs de vitesse restent actuellement relativement chers. Toutefois, indépendamment du temps de retour, le confort dans le pilotage des installations justifie souvent à lui seul l’investissement.

Maîtrise de la pointe quart horaire

Le tarif Binôme B appliqué aux FUNDP est composé de trois termes principaux. Le premier est proportionnel à l’énergie consommée par mois (exprimée en kWh). Le deuxième terme est proportionnel à la puissance maximum appelée au cours du mois (exprimée en kW). Enfin, un troisième terme vient s’ajouter aux deux précédents, proportionnel à la puissance maximum appelée au cours des 12 derniers mois (exprimée en kW).

Les diminutions des consommations mentionnées plus haut permettent de réaliser des économies non seulement sur le premier terme de la facture, l’énergie consommée, mais aussi sur les puissances maximums appelées sur le mois et sur l’année. En effet, en diminuant les consommations « permanentes », on réduit par la même occasion la puissance appelée aux heures de pointe.

Le délestage va plus loin encore en arrêtant ou diminuant aux heures de pointe les charges électriques non immédiatement nécessaires. C’est sur les deuxième et troisième termes de la facture que le délestage va agir.

Le délestage aux FUNDP ne concerne que la cabine principale qui représente plus de 80 % des consommations électriques. Les 4 autres cabines haute tension connectées au réseau de distribution ne sont pas concernées.

En parlant de puissance maximum, il s’agit en réalité de l’énergie maximum consommée sur un quart d’heure, cette puissance est appelée la puissance quart-horaire.

Le principe du délesteur est d’analyser l’évolution de la consommation pendant chaque quart d’heure. Si un risque de dépasser une consigne prédéfinie apparaît, le délesteur va envoyer un ordre d’arrêt ou de diminution de charge à une ou plusieurs machines électriques, de façon à maintenir la puissance quart-horaire en dessous de la consigne. Le choix et les priorités des machines à arrêter est défini à l’avance par le staff technique.

Le relevé des appareils délestables, ceux que l’on peut couper pour quelques minutes sans troubler le confort des utilisateurs, permet une estimation de la puissance qui pourra être coupée ou réduite pour écrêter la pointe quart-horaire. Pour les FUNDP, celle-ci se monte à 100 kW sur les installations de chauffage et 100 kW sur les installations de conditionnement d’air. Compte tenu du fait que les charges de chauffage et de froid ne sont pas simultanées, c’est au total un potentiel d’environ 100 kW délestables qui est ainsi identifié. Les appareils délestables, au nombre de 150 environ, sont les circulateurs secondaires des installations de chauffage, les compresseurs des groupes frigorifiques, les ventilateurs des groupes de ventilation et des groupes de compensation d’air dans les laboratoires et les chauffe-eau électriques encore en fonctionnement.

Le choix pour le délestage est encouragé par l’existence d’une gestion centralisée (GTC) qui pilote déjà 95 % des charges à délester (chauffage et de la climatisation). La GTC assure déjà de façon centralisée la mise en route, la mise en fonctionnement à vitesse réduite ou la mise à l’arrêt des appareils électriques comme les circulateurs des boucles de chauffage ou les ventilateurs des boucles de climatisation. Les investissements pour le délestage s’en trouvent dès lors réduits à la gestion des informations déjà collectées.

L’estimation présentée au conseil d’administration prévoit un temps de retour sur investissement inférieur à 1 an, pour un investissement de 20 000 €. L’accord obtenu sur cette base conduit à l’acquisition du délesteur en février 97 et à sa mise en service en juin 97.

Fonctionnement du délestage

Délesteur.

Sur base des consommations des années antérieures, M. Guilmin a fixé des consignes de puissance pour chaque mois. Ces consignes correspondent à la puissance quart-horaire à ne pas dépasser pour chacun des mois, éventuellement adaptée en fonction des nouveaux équipements apparus d’une année à l’autre.

Évolution de la pointe quart horaire durant une journée type. Le rouge représente la puissance délestée.

Aucune intervention du staff technique n’est théoriquement nécessaire pendant le fonctionnement du délesteur. Ce dernier mesure la puissance globale consommée aux FUNDP à la cabine haute tension principale et compare la consommation à la consigne fixée par Monsieur Guilmin. Si la consommation risque de dépasser la consigne pour le quart d’heure en cours, le délesteur envoie des ordres de délestage via la GTC à un ou plusieurs groupes d’appareils.

Pour déterminer si la consommation pendant le quart d’heure en cours risque de dépasser la consigne, le délesteur va d’abord analyser l’évolution de la consommation pendant un laps de temps prédéfini, en début de quart d’heure. Le délesteur va ensuite extrapoler l’évolution de la consommation jusqu’à la fin du quart d’heure et calculer la puissance quart-horaire. C’est cette estimation qui sera comparée à la consigne pour déterminer s’il y a lieu de délester ou non. Il est essentiel de spécifier un temps d’analyse de la consommation d’une part suffisamment long pour permettre une évaluation correcte de l’évolution de la consommation, mais suffisamment court d’autre part, pour pouvoir délester aussi tôt que possible et avoir ainsi plus de poids dans le délestage. En effet, si un appareil est délesté suffisamment tôt, il évitera qu’un deuxième appareil ne doive être délesté en fin de quart d’heure.

À partir de l’inventaire des appareils électriques jugés délestables, le staff technique a déterminé 16 groupes d’appareils délestables, classés selon leur localisation, leur importance, leur puissance et le type d’appareil. Le délesteur travaille sur base de ces 16 groupes, c’est à eux que le délesteur envoie, via la GTC, des ordres de délestage ou de relestage et non à des appareils isolés.

Au sein d’un groupe, plusieurs appareils peuvent être en fonctionnement et plusieurs autres à l’arrêt. La GTC centralise l’état de chacun des appareils et détermine si un groupe est délestable ou non. Concrètement, si aucun des appareils électriques du groupe ne fonctionne, il n’est pas délestable.

Gestion technique centralisée des installations climatiques.

Lorsque le délesteur doit envoyer un ordre de délestage, il va premièrement identifier quels sont les groupes d’appareils qui sont délestables. Parmi ceux-ci, il va ensuite en sélectionner un ou plusieurs selon des priorités et des contraintes prédéfinies par le staff technique. L’ordre de délester est envoyé à la GTC, qui traduit cet ordre vers tous les appareils du groupe qui sont en fonctionnement.

L’état de fonctionnement des appareils électriques (on/Off) est envoyé à la GTC.
La GTC rassemble ces informations pour chacun des 16 groupes de charge et définit si un groupe est délestable ou non.
La GTC envoie la délestabilité de chacun des 16 groupes au délesteur.
Un capteur mesure la consommation électrique globale à la cabine haute tension et envoie cette mesure au délesteur.
Le délesteur compare la consommation mesurée à la cabine haute tension à la consigne et détermine si il y a un risque de dépasser cette dernière sur le quart d’heure en cours. Si le risque existe, il va sélectionner un ou plusieurs groupes d’appareils électriques selon des priorités pré-établies et définir l’ordre de l’arrêter .
Le délesteur envoie l’ordre de délester un ou plusieurs groupe de charge à la GTC .
La GTC traduit cet ordre et envoie à son tour un ordre à tous les appareils des groupes à délester pour les mettre à l’arrêt.

Grâce à cet outil, Monsieur Guilmin peut voir à tout instant l’état et l’évolution de la consommation globale aux FUNDP. Si pour une raison quelconque, Monsieur Guilmin ou Monsieur Chausteur, le responsable du chauffage, souhaite intervenir pour empêcher ou forcer la mise à l’arrêt ou la remise en route d’un groupe d’appareils, un contre-ordre au clavier est toujours possible. Finalement, une série de graphiques concernant les consommations passées sont disponibles à tout moment pour analyse.

Visualisation du fonctionnement des équipements électriques délestables durant 15 min. En vert, est reprise la puissance instantanée mesurée, par rapport à la consigne fixée. En bleu et jaune,ce sont les appareils en fonctionnement et en rouge, les appareils délestés.

Certains appareils électriques ne peuvent pas être arrêtés n’importe comment et dans n’importe quel ordre. Dans la mesure où le délesteur n’intervient pas directement sur les appareils, mais seulement à travers la GTC, les séquences d’arrêt des équipements sont respectées. En effet, le protocole d’arrêt appartient à la centrale de gestion et n’a pas été modifié par le délesteur.

Il existe également des systèmes dits auto-adaptatifs, c’est-à-dire qui adaptent automatiquement la consigne en fonction des pointes quart-horaire qui ont déjà eu lieu en cours de mois. La solution manuelle a été préférée par Monsieur Guilmin car les pointes quart-horaires fluctuent considérablement d’un mois à l’autre de l’année. Dans un même mois également, les pointes peuvent varier sensiblement, avec une activité faible au début et qui s’intensifie en cours de mois. Un système auto-adaptatif aurait attribué une consigne sévère en début de mois, pour en arriver à la moduler de jour en jour pendant la seconde moitié du mois. Le risque aurait alors été d’imposer en début de mois des délestages importants et perceptibles par les occupants mais tout à fait inutiles vu les pointes plus élevées en fin de mois.

Quelques résultats chiffrés du délestage

Évolution de la pointe 1/4 horaire mensuelle. En rouge, depuis la mise en place du délestage.

Année	Pointe annuelle moyenne [kW]	Coût moyen mensuel de la pointe [€]	Répartition de la facture	Superficie des bâtiments [m²]
1995	1305	24 425	67 % pointe – 33 % énergie	136 400
1996	1321	24 550	non connu	136 400
1997	1250	20 325	55 % pointe – 45 % énergie	136 400
1998	1242	19 625	46 % pointe – 54 % énergie	148 000
1999	1241	19 225	50 % pointe – 50 % énergie	148 000

Synthèse des résultats

Évolution de la facture électrique [en €]

Évolution de la consommation annuelle [en kWh/an] et de la consommation spécifique [en kWh/m².an].

D’une façon générale, l’ensemble des mesures prises pour économiser l’énergie se traduit par une diminution générale des factures, malgré une augmentation des superficies des bâtiments et une augmentation du nombre d’appareils électriques, notamment du matériel informatique.

Nouveau bâtiment des Facultés.

Ainsi, l’augmentation de la pointe annuelle globale suite à la construction de nouveaux bâtiments sur une superficie de 10 000 m² est entièrement compensée par la diminution de la pointe sur d’autres postes énergivores. Le poids respectif de la pointe dans la facture globale a lui aussi atteint un niveau tout à fait raisonnable.

Notons que les divers investissements réalisés ont bénéficié de primes à l’utilisation rationnelle de l’énergie de la part de la région wallonne ou du distributeur d’électricité, pour un montant total d’environ 25 000 €.

Conclusions et perspectives

Ce sont plusieurs directions pour la plupart totalement indépendantes qui ont mené aux résultats actuels sur les consommations d’énergies aux FUNDP.

La sensibilisation des occupants, les appareils d’éclairage, les appareils de chauffage, les variateurs de vitesse ou le délestage sont autant de directions qui sont accessibles maintenant et à tous, en interne ou en sous-traitance si le staff interne ne le permet pas.

Deux étapes sont primordiales dans toute démarche de réduction des consommations énergétiques : une analyse détaillée des consommations actuelles et des besoins réels, et l’information aux utilisateurs sur les objectifs recherchés et les moyens mis en œuvre.

Plusieurs directions restent encore à développer et à approfondir aux FUNDP :

La sensibilisation des occupants est un élément capital et sera maintenue dans le futur. Le relighting lui aussi sera poursuivi, toujours selon le même rythme.
Du côté des nouvelles pistes, l’extinction des PC plutôt que le passage en mode « veille » amènerait une diminution non négligeable de la facture électrique, lorsque ce mode veille reste consommateur. La possibilité d’installer un groupe de cogénération ou de faire de l’écrêtage par un groupe électrogène pourrait être envisagée dans le futur, mais n’est pas encore à l’ordre du jour.

Concevoir

Pour en savoir plus sur la cogénération.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Réduction des consommations énergétiques dans la cuisine de l’ULB-Solbosch

Introduction

Dans le cadre de la mise en place d’un système de gestion environnementale selon la norme ISO 14001, des mesures de consommations électriques ont été effectuées au sein de la cuisine Sodexho de l’ULB-Solbosch. Ces mesures nous permettent d’évaluer l’impact environnemental et financier des actions et investissements effectués.

La chambre froide

La cuisine de l’ULB-Solbosch possède une chambre froide composée de 2 compartiments en enfilade. Cette chambre froide fonctionne en permanence, 24h/24h, 365 jours par an.

Un compartiment froid à + 4°C.

Un compartiment réfrigéré à – 10°C (chambre réfrigérée).

Habitudes d’utilisation

Lors du chargement et déchargement des compartiments, les portes restent longtemps ouvertes et provoquent un réchauffement de la température. Quelques fois le personnel oublie de fermer les portes.
La chambre la plus utilisée est la chambre froide. On ne rentre que très peu dans la chambre réfrigérée.

Actions correctives

Afin de réduire la consommation d’énergie électrique, des rideaux de protection ont été placés devant l’entrée des deux compartiments. Nous avons aussi demandé au personnel de fermer systématiquement les portes en sortant de la chambre froide, sauf en cas de chargement et déchargement de celle-ci.

Mesures

Les mesures ont été effectuées avec des chambres froides chargées à moitié.

Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur triphasé et d’un enregistreur de consommations placé sur le tableau électrique.

MESURES	kWh/24 hrs	kWh/an	€/an	Économies (%)
Chambre froide + 4°C
sans rideaux	14 kWh	5 125 kWh	512,5 €
avec rideaux	11 kWh	4 015 kWh	402 €	25 % (112,5 €)
Chambre réfrigéré – 10°C
sans rideaux	15 kWh	5 500 kWh	550 €
avec rideaux	13,5 kWh	4 950 kWh	495 €	10 % (55 €)
Remarque : calculé sur 365 jours/an			1 kWh = 0,1 €

Conclusions

Le placement des rideaux a coûté 750 €. Nous pouvons estimer sur base des mesures effectuées que cet investissement sera remboursé d’ici quatre ans et demi.

L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO₂, principal gaz à effet de Serre, de 0,6 tonnes par an.

Les présentoirs froids du self-service

Au self-service du restaurant Sodexho de l’ULB-Solbosch, il existe 2 catégories de présentoirs :

Les présentoirs à boissons et les présentoirs alimentaires.

Le restaurant possède 2 grands et 1 petit présentoir à boissons et 2 présentoirs alimentaires. Ils sont remplis chaque matin.

Habitudes d’utilisation

Ces présentoirs ne possédaient pas de vitres de protection et étaient donc tout le temps ouverts. Cela avait pour conséquence de faire fonctionner le moteur de l’appareil sans intermittence.

Ce mode de fonctionnement a aussi une incidence sur l’usure de ces moteurs qui doivent souvent être remplacés. Le coût d’un moteur est estimé à 1 250 €.

De plus, le froid se déposait sur les plateaux des clients, ce qui refroidissait les repas.

Mesures

Nous avons effectué des mesures de consommations d’énergie à l’aide d’un compteur monophasé placé sur 1 présentoir de chaque catégorie. Des simulations ont été effectuées sur une période de 24 heures (présentoir avec vitres, sans vitres, allumés ou éteints pendant la nuit).

MESURES	kWh /24hrs	kWh/an	€/an/comptoir	Tot Cuisine €
Présentoirs boissons (1 petit – 2 grands)
avec vitres et éteints chaque nuit	7 – 9*k Wh	1 500 -2 000*	150 – 200* €	550 €
avec vitres tjrs allumés	9 – 12 kWh	2 000 -2 700*	200 – 270* €	740 €
sans vitres	18 – 24* kWh	4 000 – 5 400*	400 – 530* €	1460€
			*grands présentoirs
	kWh/8 hrs	kWh/an	€/an/comptoir	Tot Cuisine €
Présentoirs alimentaires (2 présentoirs)
avec vitres	6 kWh	1 320 kWh	132,5 €	265 €
sans vitres	10 kWh	2 200 kWh	220 €	440 €

Conclusions

Le placement des vitres a coûté 625 € par présentoir. Nous pouvons estimer que celles-ci seront remboursées grâce à la réduction de la consommation électrique en trois ans et demi. Nous n’avons pas pris en compte l’éventuel remplacement de moteurs dû à l’usure de ceux-ci lorsqu’il n’y a pas de vitres.

L’impact environnemental réside dans une diminution indirecte (par les centrales électriques TGV) d’émission de CO₂, principal gaz à effet de Serre, de 3 tonnes par an.

Étude réalisée par :

Marcel Van Meesche
Éco-Conseiller membre de l’ABECE
Association Belge des Éco-conseillers et Conseillers en Environnement dans le cadre du projet « Germaine » développement d’Indicateurs de Performance Environnementale financé par les SSTC référence NN/G8/39 et dans le cadre plus global de la mise en place d’un ISO 14001 dans le restaurant universitaire Sodexho de l’ULB-Solbosch.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Isolation entre chevrons ou fermettes

Isolation entre chevrons

couverture
contre-lattes
lattes
sous-toiture
chevrons
isolant
pare-vapeur
finition intérieure
panne

Isolation entre fermettes

couverture
contre-lattes
lattes
sous-toiture
fermettes
isolant
pare-vapeur
finition intérieure

Composition

L’isolation entre chevrons ou fermes peut être réalisée :

par de simples panneaux de laine minérale semi-rigides (très perméables à la vapeur), mais également,
par des matelas de laine minérale revêtus d’un pare-vapeur,
par de l’isolant en vrac insufflé dans des caissons formés au préalable par la charpente, la sous-toiture et le freine vapeur.
ou par des panneaux de mousse synthétique étanches à l’air (PUR, PIR, XPS, EPS, CG).


Panneaux semi-rigides de laine de roche.	Matelas de laine de roche revêtus d’un pare-vapeur.

Panneaux de mousse synthétique.

Lorsqu’elle est réalisée par de simple panneaux de laine de roche non revêtu, l’isolation entre chevrons ou fermes est la forme la plus classique de tous les modèles d’isolation : chacune des fonctions de la toiture est assurée par une couche différente : le panneau isolant (3) ne remplit que la fonction « isolation »; il doit être complété :

à l’extérieur par :

(1) une couverture (posée sur lattes et contre-lattes),
(2) une sous-toiture,

et à l’intérieur par :

(4) un écran étanche à la vapeur et à l’air, si nécessaire,
(5) un espace technique,
(6) une finition intérieure

Dans les deux autres cas (les matelas de laine de roche revêtus d’un pare-vapeur, ou les panneaux étanches à l’air) la couche assume 2 fonctions de la toiture :

celle de l’isolant,
et celle de l’écran étanche à l’air et à la vapeur.

Les joints périphériques et entre plaques doivent être rendus étanches. Ainsi, la couche isolante peut assurer, à elle seule, ces 2 fonctions sur l’ensemble de la toiture.

Étapes de construction

La toiture isolée entre les chevrons ou fermettes est réalisée en 3 étapes successives, correspondant à l’intervention des différents corps de métiers :

Le charpentier réalise la charpente.
Le couvreur pose la sous-toiture et ses contre-lattes, la couverture et ses lattes ou voliges. Il réalise les ouvrages de raccord (rives, gouttières ou chéneaux, etc.).
La personne désignée pour réaliser la finition intérieure (menuisier, plafonneur ou le propriétaire), pose l’isolant, le pare-vapeur éventuel et la finition intérieure.

Conseils de mise en œuvre

L’isolation entre les chevrons ou fermettes pourra se faire :

Par panneaux semi-rigide de laine minérale
Par matelas souples de laine minérale à languette
Par plaques rigides

Par panneaux semi-rigides de laines minérales

Isolation semi-rigide entre chevrons.

Les panneaux doivent avoir une surlargeur de 10 à 20 mm par rapport à l’espace à isoler. Grâce à la déformabilité de la laine minérale, l’isolant est serré entre les chevrons ou les fermes.
Dans le cas d’une toiture avec sous-toiture (toiture neuve ou rénovation avec sous-toiture), les panneaux sont appliqués contre celle-ci pour éviter les courants convectifs.

Les courants convectifs :

L’air chauffé à l’intérieur d’un bâtiment se dilate. Il devient ainsi plus léger et monte. Il est alors remplacé par de l’air plus froid qui se réchauffe à son tour. Il s’établit ainsi une circulation d’air dans le local. C’est la convection. Dans une toiture, le même phénomène de rotation de l’air peut se développer autour des panneaux isolants si les joints ne sont pas fermés correctement. Il s’en suit des pertes de chaleur importantes et des risques de condensation dus à la vapeur d’eau dans l’air.

Dans le cas d’une rénovation sans sous-toiture, les panneaux ne peuvent être placés contre les éléments de couverture mais, au contraire, doivent être maintenus à une certaine distance de ceux-ci.
Si la hauteur des chevrons ou des fermes est insuffisante pour placer l’isolant dans l’épaisseur voulue, on réalise un contre-chevronnage et on place une seconde couche d’isolant.

Deuxième couche d’isolant.

Remarque : si on pose une seconde couche d’isolant, il faut utiliser un matériau isolant sans pare-vapeur pour la première couche (couche supérieure). Les joints doivent être alternés.

couverture
contre-lattes
lattes
sous-toiture
chevrons
isolant 1^ère couche
isolant 2^ème couche
pare-vapeur
finition intérieure
pannes
contre-chevrons

Ensuite, si nécessaire, on pose un pare-vapeur indépendant avant la finition intérieure.
Ce système convient à tous les types de toiture même très irrégulières, car il permet une isolation sur mesure.

Par matelas souples de laines minérales revêtus d’un pare-vapeur

Le matelas souple revêtu d’un pare-vapeur (encore appelé « matelas souple à languettes ») est un matelas de laine minérale revêtu, par exemple, de papier kraft et d’aluminium, dont la largeur doit être supérieure de 10 à 20 mm à celle de l’espace à couvrir par l’isolant et d’une épaisseur égale à la hauteur des chevrons ou des éléments des fermettes.

Matelas isolant à languette.

Ce système est réservé aux toitures de forme simple, présentant peu de pénétration et une distance constante entre les chevrons ou les fermettes.

Les rouleaux ne peuvent pas être trop étroits.

Les languettes sont agrafées, avec chevauchement, sur la partie inférieure de la structure du toit.

Si l’isolant est trop enfoncé les languettes ne se superposent pas.

Le recouvrement est fermé au moyen d’une bande adhésive ou assuré par une latte en bois pour garantir l’étanchéité à l’air et à la vapeur.

Le matelas doit avoir une épaisseur correspondant à la hauteur des chevrons. Ainsi les matelas sont appliqués contre la sous-toiture (cas d’une toiture neuve ou d’une rénovation avec sous-toiture); on évite ainsi les courants convectifs. Dans le cas d’une rénovation sans sous-toiture, les matelas sont ainsi maintenus à une certaine distance des éléments de couverture.

Par plaques rigides

Les plaques de mousses synthétique (EPS, XPS, PUR, PIR) ou de verre cellulaire sont glissées entre les chevrons ou les fermes de telle manière que l’on crée éventuellement, du côté intérieur, un vide technique permettant le passage des conduites ou l’encastrement d’appareils.
Dans le cas d’une toiture avec sous-toiture (toiture neuve ou rénovation avec sous-toiture), les panneaux sont appliqués contre celle-ci pour éviter les courants convectifs. Dans le cas d’une rénovation sans sous-toiture, les panneaux ne peuvent être placés contre les éléments de couverture mais, au contraire, doivent être maintenus à une certaine distance de ceux-ci.
L’étanchéité à l’air et à; la vapeur d’eau des joints, d’une part entre les panneaux, d’autre part, entre les panneaux et la charpente ou les murs, doit être assurée par l’injection de mousse de polyuréthane (PUR) ou par collage de bandes de joints.
Les spots ne peuvent être encastrés dans l’isolant lui-même !
S’ils sont encastrés dans un vide technique situé sous l’isolant, ce dernier doit être protégé contre la chaleur des spots ou pouvoir y résister.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Isolation de la toiture inclinée en résumé

Les combles qui seront occupés et chauffés doivent être isolés de l’ambiance extérieure.

Le toit incliné est dans ce cas la limite de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant et son pare-vapeur éventuel.

L’isolant peut être situé entre les éléments de charpente et/ou en dessous de ceux-ci (isolation par l’intérieur), ou au-dessus des éléments de charpente (isolation par l’extérieur.

Isolation par l’intérieur

[1] Isolation entre chevrons ou fermettes

Schéma isolation entre chevrons ou fermettes.

1. couverture
2. contre-lattes
3. lattes
4. sous-toiture
5. chevrons ou fermettes
6. isolant
7. pare-vapeur
8. finition intérieure
9. panne

[2] Isolation sous les chevrons ou les fermettes

Schéma isolation sous les chevrons ou les fermettes.

1. couverture
2. contre-lattes
3. lattes
4. sous-toiture
5. chevrons ou fermettes
6. isolant
7. pare-vapeur
8. finition intérieure
9. pannes

Isolation par l’extérieur

[1] Isolation au-dessus des chevrons ou des fermettes (« Sarking »)

Schéma isolation au-dessus des chevrons ou des fermettes ("Sarking").

1. couverture
2. contre-lattes
3. lattes
4. sous-toiture
5. isolant
6. pare-vapeur
7. chevrons ou fermettes
8. pannes

[2] Isolation au-dessus des pannes à l’aide de panneaux préfabriqués

Schéma isolation au-dessus des pannes à l'aide de panneaux préfabriqués.

1. couverture
2. languette d’assemblage
3. lattes
4. panneau de toiture préfabriqué
5. raidisseurs du panneau
6. isolant du panneau
7. pare-vapeur intégré éventuel
8. plaque inférieure du panneau
9. pannes

Retour vers l’accueil.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Chambres d’hôtel

Analyse de la demande

La spécificité des chambres d’hôtel ou d’hôpital apparaît comme suit :

un découpage en nombreux locaux indépendants,
une demande très variable entre les locaux, suite à une occupation variable et à une localisation sur des façades différentes,
le souhait de l’occupant de pouvoir intervenir sur la consigne intérieure,
le souci du gérant de limiter la consommation d’une chambre non occupée.

Et les exigences acoustiques sont particulièrement sévères. La norme européenne EN 13779: 2004 propose trois niveaux de confort acoustique à respecter dans les locaux (minimum – par défaut- minimum) :

Type de bâtiment	type de local	dB(A)
–	–	–
Hôtels	couloir	35/40/45
–	salon de réception	35/40/45
–	chambre d’hôtel (nuit)	25/30/35
–	chambre d’hôtel (jour)	25/35/40
–	–	–

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’ évaluation du niveau de bruit.

Choix du système de conditionnement d’air

Remarque préliminaire

Il serait prétentieux de prétendre énoncer en quelques lignes tous les critères constituant la démarche conceptuelle qui conduit au choix d’un système de climatisation d’un immeuble.

La solution résulte en effet de la concertation étroite entre le Maître de l’Ouvrage, l’Architecte, l’Ingénieur de bureau d’études et tous les partenaires qui forment l’équipe de projet. Cette concertation se situe à la fin de la phase d’avant-projet de l’étude du bâtiment et résulte du meilleur compromis entre critères parfois contradictoires :

coût d’investissement et d’exploitation,
optimalisation de l’usage des surfaces,
mobilité aux variations de programme,
esthétique externe et interne (le bâtiment doit être beau à voir et à vivre !),
confort au sens large (climatique, acoustique, visuel,…),
etc…

À noter qu’au plus tôt se constitue cette équipe de projet, plus l’ensemble des contraintes sera pris en considération à temps.

Tout au plus pouvons-nous ici évoquer avec prudence les quelques critères principaux habituels et l’ébauche de solutions classiques mais nullement « passe-partout :

1° Choix d’un système « tout air »

Un système « tout air » paraît exclu :

peu de souplesse d’exploitation s’il est à débit constant,
consommation élevée du transport de l’air,
impossibilité de recycler l’air venant des chambres, et donc consommation élevée du fonctionnement en tout air neuf,
…

En fait, le besoin en air neuf des chambres est faible si on le rapporte aux m² utilisés. Un système où l’air serait le vecteur des apports de chaleur et de froid ne semble donc pas se justifier ici.

Si ce système est malgré tout retenu (avec une batterie terminale de réchauffage pour chaque chambre), il est essentiel de prévoir une batterie de récupération de chaleur entre l’air extrait et l’air pulsé, au risque d’alourdir encore le coût d’investissement puisque les conduits d’extraction devront au minimum être raccordés entre eux pour placer le récupérateur dans le tronçon commun.

2° Choix d’une solution décentralisée

Parmi les systèmes à « détente directe », il est possible d’envisager des unités de climatisation autonomes placées dans chacune des pièces (windows, splits,…), mais l’esthétique douteuse, les coûts de maintenance élevés, le niveau de bruit généré par la mise en vibration de la façade, l’absence de régulation centrale, … rendent ce choix peu adéquat. Tout au plus pourrait-on l’admettre en rénovation de quelques locaux orientés en façade Sud-Ouest ou Ouest.

A noter qu’il est possible d’éviter la présence de multiples condenseurs à air en façade :

Soit en plaçant des condenseurs à eau et en refroidissant l’eau en toiture dans une tour de refroidissement. Mais alors l’investissement paraît similaire au placement d’une boucle d’eau glacée et de ventilo-convecteurs, pour un confort acoustique moindre puisque chaque chambre comportera un compresseur…

Soit en plaçant des condenseurs à eau perdue (eau de ville rejetée à l’égout) mais cette solution est tout à fait à déconseiller suite à la forte consommation d’eau qu’elle entraîne. Elle risque d’ailleurs d’être interdite si le bâtiment fait l’objet d’un permis d’environnement (ce serait refusé par l’IBGE à Bruxelles, par exemple).

3° choix d’une solution par ventilo-convecteurs

La solution classiquement adoptée est d’installer deux boucles d’eau (eau chaude et eau glacée) entre tous les locaux, avec comme unité terminale un ventilo-convecteur dans chaque chambre. On rencontre le ventilo soit monté en allège de fenêtre, soit placé en soffite (généralement au dessus du petit couloir qui longe la salle de bain : l’air est repris dans le ventilo qui le souffle dans la chambre).

Les avantages du ventilo-convecteur sont nombreux :

Une autonomie de fonctionnement local par local, tant en ce qui concerne la mise en service que le réglage individuel de la température.

Une rapidité de remise en température du local grâce au transfert thermique par convection.

Un fonctionnement thermique en recyclage local, qui permet d’éviter la pollution (la contamination dans le cas d’un hôpital) d’une chambre à l’autre.

La liberté pour chaque occupant de démarrer ou d’arrêter l’unité de sa chambre à sa guise et de choisir la vitesse du ventilateur qui lui convient.

Un prix d’investissement limité grâce à un équipement fabriqué en grande série.

A taux d’occupation réduit, la gérance de l’hôtel a la possibilité d’arrêter les unités correspondant aux chambres non occupées, moyennant le report des commandes à la réception (GTC). Elle peut décider de préchauffer ou prérefroidir la chambre avant l’arrivée de l’occupant sur base d’un lien automatique avec le fichier de réservation.

Comme inconvénient au système, on peut noter la nécessité de maintenir une bonne partie de l’année les deux boucles de distribution d’eau chaude et froide en circulation dans le bâtiment. Il ne faut absolument pas négliger l’importance des pertes permanentes liées à ces deux réseaux et soigner tout spécialement à l’isolation efficace des tuyauteries.

Également, la solution par ventilo-convecteur ne permet pas de traiter l’humidité de l’air qui peut devenir fort sec en hiver. Il est possible d’insérer des petits atomiseurs d’eau à ultrasons dans les ventilos, mais cette solution est relativement coûteuse. On peut également apporter l’humidité nécessaire par un humidificateur inséré dans le réseau d’air de ventilation, pour autant que celui-ci soit préchauffé.

4° Choix d’un système à plafond rafraîchissant

La climatisation par panneaux rayonnants froids ne paraît pas opportun dans le conditionnement d’air des chambres. En effet, la présence d’humidité suite à la salle de bain attenante risque d’entraîner de la condensation sur le plafond, même si le système est régulé pour stopper la circulation d’eau froide à ce moment.

De plus, ce système n’apporte qu’une solution pour le refroidissement et devrait être complété par un réseau de radiateur pour apporter la chaleur en hiver. Le placement d’un faux plafond n’est pas justifié pour un autre usage (éclairage, câblage,…).

Même en rénovation, il semble coûteux de placer un tel réseau alors que seuls les apports solaires sont à vaincre de façon épisodique.

Les poutres froides ne sont pas non plus adéquates car elles entraîneraient un grand inconfort dans des locaux de faible hauteur.

5° Choix d’un système à débit de fluide réfrigérant variable

Une installation à fluide réfrigérant variable (VRV, VRF, … selon les marques) peut également être d’application pour une structure hôtelière ou hospitalière. Elle dispose des mêmes avantages que la solution par ventilo-convecteur : souplesse nécessaire, possibilité de gestion centralisée tout en fournissant à chaque occupant une télécommande pour actionner la cassette, …

Deux avantages spécifiques apparaissent par rapport à la solution classique des ventilos :

L’absence de boucles d’eau chaude et froide parcourant tout le bâtiment.

La possibilité en mi-saison de récupérer la chaleur excédentaire d’une façade (par exemple à l’Est) pour réchauffer la façade encore en demande (par exemple à l’Ouest) ou de récupérer la chaleur extraite de locaux techniques intérieurs pour réchauffer les chambres périphériques en demande.

Si le bâtiment présente simultanément des besoins de chaleur et des besoins de refroidissement durant une bonne partie de l’année, ce système paraît le plus avantageux. Mais encore faut-il s’assurer qu’au sein d’une même zone gérée par le même réseau, de l’énergie soit transférable. Ainsi, il semble difficile d’alimenter les chambres du 4ème étage par la chaleur dégagée par les locaux de réunion du rez-de-chaussée. Il faudrait que les réseaux soient dans ce cas verticaux, ce qui doit poser de nombreux problèmes pratiques.

Un point faible réside probablement dans le chauffage « par pompe à chaleur » en plein hiver. Quel est à ce moment le COP de l’installation ? Le compresseur fonctionnant de jour, le prix de revient du kWh électrique est environ 3 x plus élevé que le kWh issu d’une chaudière au gaz traditionnelle, par exemple. Il faut donc que le COP global dépasse 3 pour y trouver avantage.

Le taux d’humidité en hiver n’est pas non plus contrôlé avec ce système.

Nous n’avons pas pu, jusqu’ici, obtenir de données permettant d’évaluer la performance effective de l’échange entre locaux et le COP moyen annuel d’un tel système, ni le lire dans un rapport d’un organisme indépendant.

Exemple. l’hôtel Mercure à Paris-Courbevoie est équipé d’un tel système pour les chambres, les salles de réunion et de restaurant et le hall d’accueil. Une cassette a été installée dans chacune des 515 chambres réparties sur 12 étages. Le système est réversible et assure les besoins en chaud et froid, sans appoint électrique.

Il s’agissait d’une rénovation et l’hôtel est resté en activité durant les travaux, l’installation se faisant par niveau. Les 72 unités extérieures sont situées sur la toiture.

Le budget total a été de 15 Millions de FF, le coût d’entretien par chambre est estimé à 750 FF par an.

(Source : « GIE – Climatisation et Développement »).

Quelques critères en détail

Voici les principaux critères à prendre en compte :

Le coût d’investissement

Si le prix moyen d’une installation avoisine les 125 €/m² (contre 40 €/m² pour une simple installation de chauffage), l’échelle des prix en fonction du type d’équipement et du niveau de régulation qui lui est associé peut être évaluée comme suit :

Installations « détente directe »

–	Investissement €/m²
Window	75 – 95
Split system	100 – 200
Débit réfrigérant variable*	150 – 300

Installations « sur boucle d’eau »

—–	Investissement €/m²
Ventilo – 2 tubes	110 – 140
Ventilo – 2 tubes/2 fils	115 – 155
Ventilo – 4 tubes	125 – 190
Pompe à chaleur sur boucle	100 – 215

Le coût d’exploitation énergétique

Le coût d’exploitation est directement fonction des charges à vaincre : un immeuble fort vitré consommera beaucoup plus que son équivalent équipé de protections solaires extérieures, par exemple … C’est donc d’abord le bâtiment qui crée la consommation !

On peut cependant établir une échelle entre les systèmes suivant leur performance énergétique :

Installations « détente directe »

–	Coût énergie
Window	élevé
Split system	moyen
Débit réfrigérant variable	faible

Installations « sur boucle d’eau »

–	Coût énergie
Ventilo – 2 tubes	moyen
Ventilo – 2 tubes/2 fils	moyen à élevé
Ventilo – 4 tubes	moyen
Pompe à chaleur sur boucle	faible à élevé

Quels sont les critères qui permettent de distinguer une installation à faible consommation énergétique ?

Une installation ne devrait jamais consommer du chaud et du froid simultanément, pour éviter de détruire l’énergie; en aucun cas, on ne doit pas concevoir une installation dont la régulation fonctionnerait par mélange.

Lorsque le bâtiment requiert du chaud et du froid simultanément (un grand local informatique refroidi en hiver, des plateaux très étendus et fort équipés dont il faut en permanence refroidir la partie centrale, …), on aura intérêt à concevoir une installation qui peut récupérer la chaleur extraite de ces locaux pour la restituer dans les locaux en demande de chaleur (bureaux en périphérie). Les installations à débit de réfrigérant variable et les pompes à chaleur sur boucle d’eau sont performantes à ce niveau. Dans les installations plus classiques (ventilos), une récupération de chaleur au condenseur des groupes frigorifiques est également possible et moins contraignante.

Les résistances chauffantes électriques prévues dans les installations peuvent entraîner des dépenses importantes vu le coût du kWh électrique par rapport au kWh thermique. On sera attentif à ne sélectionner une installation de ventilos 2 tubes/2 fils que dans un bâtiment très isolé (besoins de chaleur très limités suite aux apports gratuits).

Calculs

Un petit outil de simulation permet de visualiser globalement l’impact du choix du vecteur énergétique de chauffage sur un local type (même si les hypothèses sont celles d’un bureau, avec des apports internes élevés).

Enfin, quelle que soit l’installation, la qualité de la régulation est déterminante : c’est un budget à ne pas raboter ! on pense tout particulièrement au ventilo-convecteur qui est le pire ou le meilleur des équipements, … selon la régulation qui lui est associée !

Le coût de maintenance

Les prix donnés à titre indicatif ci-dessous correspondent à un contrat annuel de maintenance sur devis (les prix les plus bas correspondent aux surfaces traitées les plus grandes). Normalement, il faudrait leur ajouter le prix du renouvellement périodique des équipements défectueux. Ainsi, les installations en « détente directe » sont généralement plus fragiles, ce qui implique un remplacement plus fréquent des composants.

Installations « détente directe »

–	€/m^²
Window	très faible
Split system	3 – 7,5
Débit réfrigérant variable	–

Installations « sur boucle d’eau »

—	€/m^²
Ventilo – 2 tubes	3 – 5
Ventilo – 2 tubes/2 fils	3 – 5
Ventilo – 4 tubes	3 – 5
Pompe à chaleur sur boucle	4,75 – 6,25

Le confort thermique

Installations « détente directe »

–	Confort thermique
Window	faible
Split system	faible
Débit réfrigérant variable	bon

Installations « sur boucle d’eau »

—	Confort thermique
Ventilo – 2 tubes	moyen
Ventilo – 2 tubes/2 fils	moyen
Ventilo – 4 tubes	bon
Pompe à chaleur sur boucle	moyen

Le confort acoustique

Quel que soit le système de climatisation choisi, le critère de performance acoustique sera déterminant, et cela, tant à l’intérieur qu’à l’extérieur :

Les ventilos ou cassettes seront choisis en fonction de leur qualité acoustique et de manière à pouvoir dissiper la puissance requise à moyenne vitesse. Idéalement, pour réduire encore le niveau sonore, on installera le module de traitement d’air en dehors du local (dans un faux plafond, dans un placard technique, …) et l’air traité sera conduit vers le local par une gaine, ce qui permet un affaiblissement acoustique optimal.

Le placement des unités extérieures sera bien étudié pour éviter la propagation du bruit vers les chambres (placement en toiture ? placement à l’écart du bâtiment ? …).

Remarque : on rencontre parfois le placement du groupe frigorifique en sous-sol, dans un local technique insonorisé. L’objectif de réduction du niveau acoustique est atteint. Mais la consommation du compresseur risque d’augmenter si le condenseur n’est pas correctement refroidi…! De toute façon, c’est l’air extérieur qui est le refroidisseur final. Aussi, le traitement en sous-sol va entraîner un refroidissement par de l’eau (sélection d’une machine frigorifique équipée d’un condenseur à eau), cette eau étant elle-même refroidie ultéreurement dans une tour de refroidissement en toiture.

Installations « détente directe »

–	Confort acoustique
Window	faible
Split system	bon
Débit réfrigérant variable	bon

Installations « sur boucle d’eau »

—	Confort acoustique
Ventilo – 2 tubes	bon
Ventilo – 2 tubes/2 fils	bon
Ventilo – 4 tubes	bon
Pompe à chaleur sur boucle	faible

La centralisation des équipements

Si la surface des locaux à climatiser est limitée (rénovation de quelques locaux,par exemple), un système à « détente directe » (voire plusieurs équipements décentralisés) sera suffisant et nettement moins coûteux.

Si une installation centralisée bénéficie de l’effet de taille en terme de prix d’investissement, il n’y a peu d’effet majeur à l’exploitation (efficacité frigorifique meilleure pour les grosses puissances mais pertes en ligne et pertes en régulation plus élevées…).

L’encombrement

Les ventilo-convecteurs seront souvent insérés dans le faux plafond face à la salle de bain, afin de ne pas occuper de place au sol.

Choix de la ventilation associée

Que l’on choisisse une solution décentralisée ou que l’on choisisse des ventilo-convecteurs, un apport d’air neuf doit être envisagé.

Ce dernier, imposé par la réglementation wallonne pour garantir une qualité de l’air suffisante, est dès lors fourni par une installation en simple ou double flux.

Concevoir	Pour définir la configuration à adopter le choix du système d’apport d’air neuf.
Concevoir	Pour choisir le mode de gestion (régulation du système), cliquez ici ! Remarquons que dans les immeubles nouveaux (et donc isolés), l’apport d’air neuf devient une part essentielle dans la consommation énergétique (tant en chaud qu’en froid) en regard des déperditions.

Puisque de toute façon une extraction doit être prévue dans les sanitaires, la question devient : apport d’air par des grilles de ventilation dans les châssis, ou apport par une gaine de distribution d’air (qui permet le préchauffage de l’air)?

La ventilation double flux est le seul moyen de contrôler au plus juste les apports d’air et donc de contrôler cette consommation.

La ventilation simple flux, quant à elle, reste en partie influencée par les conditions atmosphériques.

En quelque sorte, c’est le standing souhaité qui tranchera.

Choix du mode de régulation

Vu les possibilités actuelles de programmation du traitement des chambres en fonction de la réservation, la mise en place d’une GTC, Gestion Technique Centralisée, semble aujourd’hui requise pour un bâtiment hôtelier.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plafonds froids

Domaine d’application

Les plafonds rayonnants froids font partie des équipements de refroidissement des locaux.

Généralement, de l’eau froide à + 15°C circule au dessus du faux plafond (par ex, serpentins d’eau fixés au dessus de la plaque métallique du faux plafond). Les occupants recevront une composante de rayonnement froid (en réalité, ils émettront de la chaleur vers ce plafond), et l’air du local sera lui aussi refroidi.

Plaque métallique perforée
Élément refroidissant
Laine minérale dans une feuille PE
Plaque carton-plâtre

Ces systèmes ont beaucoup de qualités (absence de bruit et de courants d’air, encombrement nul, faible consommation énergétique,… ) mais aussi un gros défaut : une puissance frigorifique limitée ! (60 à 120 W/m²). Ce défaut est cependant à relativiser dans le contexte énergétique actuel où l’on recherche à diminuer la charge thermique du bâtiment.

C’est une technique relativement récente qui nous vient des pays nordiques : l’été, les chaleurs de Copenhague ne ressemblent pas vraiment à celles de Marseille !

Cette technique s’adapte aussi bien à la construction nouvelle (pour des bâtiments conçus de façon à limiter les apports solaires et les apports de chaleur internes), qu’en rénovation grâce au fait de ne pas devoir percer des parois pour le passage de gainages d’air volumineux et de pouvoir réutiliser l’installation de chauffage existante. Contenu du risque de condensation, ce système est vivement déconseiller dans les locaux humides.

Cette technique de rafraîchissement est également appréciée dans l’hôtellerie pour son silence !

Fonctionnement

Apport de froid

Les plafonds froids rayonnants sont des émetteurs statiques à paroi sèche. Les échanges de chaleur se font de deux façons différentes

Échange par convection avec l’air ambiant: un minimum de 40 % de la puissance totale émise.
Échange par rayonnement avec les parois, meubles, personnes,… : un maximum de 60 % de la puissance.

Une conséquence de cet échange sur le confort, est d’admettre une température ambiante de consigne à 26°C pour même température opérative.

Apport de chaleur

L’appoint de chaleur en hiver reste un problème même si, en construction nouvelle, le bâtiment étant bien isolé, la demande de chaleur en hiver est limitée. Il est envisageable d’apporter cette chaleur :

soit en alimentant en eau chaude les plafonds et en particulier les zones situées près des façades (près des baies vitrées),
soit via un circuit de radiateurs complémentaires,
soit grâce à des batteries terminales de réchauffe alimentées en eau chaude et placée en façade,
soit grâce à des batteries électriques placées sur le conduit d’air de chaque bureau. Mais il faut un débit d’air minimum pour limiter les températures de pulsion.

Technologies

Il existe plusieurs technologies différentes :

Les plafonds froids convectifs se distinguent des plafonds froids rayonnants par leur principe d’échange de chaleur : 70% par convection et 30% par rayonnement. Leur puissance est généralement plus élevée, car ils laissent passer l’air dans le plénum et peuvent disposer d’ailettes.

Les plafonds froids rayonnants

On trouve des plafonds froids rayonnants suspendus ayant une puissance comprise entre 60 et 100W/m².

Les faux plafonds à ailettes clipsables : (procédé FRENGER).

La circulation d’eau se fait dans des tuyaux (cuivre, acier, polypropylène, aluminium,…) sur lesquels sont clipsées des plaques (métalliques, plafonnage,…) formant ainsi un faux plafond. Ces plaques peuvent être perforées, afin d’en faire un plénum de pulsion de l’air neuf.

Dans une variante (chaque constructeur ayant développé son propre produit !), des tubes plats sont sertis sur des plaques métalliques.

La puissance frigorifique de ces plafonds atteint 100 W/m². Son inertie est très faible et donc la régulation de la température ambiante sera aisée.

Un inconvénient : c’est le serpentin qui assure la fonction portante du plafond, ce qui n’est pas l’idéal, à terme (on peut imaginer qu’un montage fait d’usine est plus fiable). Le faux- plafond se présente alors sous forme de lamelles juxtaposées.

Les faux plafonds à répartiteur de froid transversal

Ces répartiteurs sont généralement en Cuivre et présentent une puissance de l’ordre de 80W/m². Entre chaque plaque de faux plafond, le raccord hydraulique est assuré par un flexible.

Répartiteur en Cuivre sur plaques métalliques.

Mais il existe également des répartiteurs en polymère posés sur des plaques de métal (74 à 60 W/m²) et certains fabricants proposent d’intégrer ces polymères dans des plaques plâtre (60W/m²).

Polymère sur plaque métallique (Source : gema).

Polymère intégrer dans des plaques de plâtre (source : Rehau).

Pour favoriser le refroidissement du faux plafond, certains fabricants ont imaginé de fixer des lames métalliques transversalement à la circulation de l’eau froide dans les tubes en cuivre. La puissance de refroidissement en est améliorée.

Exemple de plafonds-froids « bidirectionnels ».

Les faux plafonds à tube intégré dans un profilé aluminium :

Ici, l’essentiel consiste à faire communiquer au mieux le froid entre le tube et l’entièreté du plafond métallique ! Un tube intégré à un profilé aluminium permet une excellente conduction du froid (en réalité, de la chaleur), si bien que la différence de température entre l’eau et la surface métallique est seulement de l’ordre de 1°C. Des puissances de 100 à 130 W/m2 actifs sont atteintes.

Attention : de telles puissances sont atteintes pour un écart de 10° entre la température moyenne de l’eau (16°C) et la température de l’ambiance (26°C), c.-à-d. dans des conditions extrêmes.

Le matelas de laine minérale disposé au-dessus ou dans les panneaux de plafond permet une limitation des pertes vers le haut et un traitement acoustique du local (par absorption).

Si une lame d’air est conservée entre le panneau et le matelas isolant, une circulation de l’air est possible et donc l’échange convectif avec les tuyaux froids est amélioré.

Le montage est facilité, mais le prix d’achat est augmenté.

Les faux plafonds à nattes capillaires

Des nattes capillaires (à imaginer avec des diamètres du type spaghetti ! … de l’ordre de 2,5 mm de diamètre intérieur) en matériau de synthèse sont parcourues par l’eau glacée.

Il s’agit généralement de polypropylène (obtenu par polymérisation du propylène, CH6).

Ce système offre une température de paroi plus homogène.

On rencontre ce système :

Incorporé dans des modules de faux plafonds : la natte est déposée sur un bac/panneau métallique perforé, recouverte d’une couche d’isolant, puis superposée d’une 2ème plaque métallique qui comprime le tout de telle sorte que le contact entre la natte et le panneau soit favorisé. Une fixation par charnière permet un accès aisé à l’espace technique situé au-dessus de chaque module. Le plastique n’est pas rigide et les contacts sont donc partiels mais ceci est compensé par la totalité de la surface qui entre en jeu (multiplicité des tubes).
Fixé sur les parois du local (plafond en plaque de plâtre, murs,…), puis recouvert d’un enduit de type crépi ou d’un revêtement de finition classique. C’est alors l’ensemble de la paroi qui devient rayonnante. C’est une technique qui se prête bien à la rénovation d’anciens locaux. Elle peut même équiper des parois courbres.

Ce système présente une très faible inertie (contenance en eau de l’ordre de 40 gr/m^² seulement) et permet donc une régulation aisée de la température ambiante.

Le risque de voir les tubes capillaires se boucher est réel, aussi il est généralement recommandé d’utiliser de l’eau déminéralisée, de raccorder les nattes à des tuyauteries non corrodables et de prévoir un échangeur inox entre le réseau de plafond et le circuit lié au groupe frigorifique.

La présence d’un tel échangeur génère, non pas une perte d’énergie, mais bien un delta T° supplémentaire. La température devra être de 1 ou 2°C plus froide à l’entrée de l’échangeur par rapport à celle utile qui passe dans le plafond. Ceci pénalise plus particulièrement la technique de free-chilling c’est-à-dire, le refroidissement « gratuit » de l’eau par l’air extérieur. Au lieu d’être efficace en dessous de 13°C, l’air extérieur ne sera utile qu’en dessous de 12 ou 11°C.

La présence d’un échangeur est également requise parce que le réseau des capillaires ne peut pas tenir sous une pression fort élevée (limité généralement à 4 bars). L’échangeur permet de déconnecter la pression primaire (le réseau d’eau glacée de l’ensemble du bâtiment) de la pression secondaire (le réseau des nattes). On place généralement un échangeur pour 3 ou 4 étages.

La puissance frigorifique est comprise entre 100 et 118 W/m².

Les plafonds à effet convectif renforcé

Afin de favoriser l’effet convectif, des ailettes sont serties sur les tuyauteries. L’idée consiste à créer un effet d’écoulement d’air, de cheminée froide le long de ces ailettes. Cette fois, deux tiers de la puissance est communiquée par convection. La puissance frigorifique est maximale (130 W/m2 et plus) pour autant que le faux plafond reste à claire-voie.

La structure ouverte des plafonds froids convectifs, donne accès à l’inertie de la dalle. La dalle peut dès lors stocker la chaleur et peut être déchargée de cette chaleur par free cooling ou free-chilling.

Remarques.

1°. Certains fabricants proposent également leur plafond froid sous forme d’ilots à placer au-dessus des bureaux. Ces ilots peuvent également remplir une fonction d’atténuation acoustique (perforation + film acoustique ou baffle acoustique). Ces ilots trouvent un intérêt dans les bureaux de types paysager.

2° De nombreux fabricants proposent leurs produits sur le marché :

des fabricants de faux plafonds qui ont développé la fonction « thermique »,
des fabricants de matériel thermique qui ont développé la fonction « faux plafond » !

Il est indispensable que les deux fonctions soient totalement maîtrisées et proposées avec des matériaux de qualité.

Un plafond froid ne s’achète pas sur « catalogue » et une installation ne peut se concevoir sans qu’un Ingénieur Conseil n’intègre tous les besoins et exigences du Maître de l’Ouvrage et de l’Architecte.

L’Entrepreneur réalisant un tel système doit en prendre la responsabilité globale tant au point de vue installation (faux plafond) que performance (confort).

Systèmes réversibles : chauffage et rafraîchissement

Un plafond froid peut fonctionner en mode chauffage en période hivernale, mais avec un certain inconfort.

Le réseau de tuyauterie sera alimenté soit en « 2 tubes réversibles » (pas moyen, dans ce cas, de faire simultanément du chaud et du froid), soit en 4 tubes, système offrant plus de souplesse. car du froid peut être émis dans une zone et du chaud dans une autre.

Le schéma ci-dessous montre l’installation 2 tubes (réseau chaud/froid, dans/sous le plafond) et propose de la coupler avec une ventilation/refroidissement par déplacement, technique complémentaire très efficace pour les occupants. Elle propose aussi la formule d’insertion des tubes dans la structure du bâtiment (augmentation de l’inertie).

Schéma systèmes réversibles.

Plancher rayonnant à faible inertie

À la base conçus pour le chauffage par le sol, les planchers rayonnants à faible inertie peuvent être utilisés comme source de rafraîchissement en été.

Installation

Pose

La pose est généralement délicate car tout défaut dans la planéité d’un faux plafond est directement visible, surtout si la lumière est rasante. Les réceptions d’installation donnent généralement lieu à des discussions tendues entre architecte et installateur !

Risques de condensation

Il ne doit pas y avoir de condensation sur le plafond froid ! Sous peine d’avoir de l’eau sur les papiers de la secrétaire !

Ce procédé est donc à proscrire dans tous les milieux présentant un taux d’humidité élevé (cuisines, sanitaires avec douches, buanderies, …)

Idéalement, il faut éviter de devoir forcer la déshumidification (énergivore) de l’air pour éviter la condensation. Pour cela, il faut produire du froid avec une température d’eau la plus élevée possible. Par exemple, avec un régime de température d’eau de 17°-20°, un simple refroidissement de l’air à 16° est suffisant pour éviter les condensations. Cela signifie alors que la puissance est limitée et donc qu la maitrise des charges de chaleur face partie intégrante du projet.

Apport d’air neuf

De l’air neuf hygiénique sera pulsé, de façon distincte au refroidissement des faux plafonds.

Une pulsion de l’air neuf à basse température (16°) permet de réduire la puissance frigorifique à vaincre par le plafond.

La déshumidification de cet air neuf en centrale contribue à l’assèchement de l’air des locaux.
Elle diminue les risques de condensation, mais génère une consommation importante et est donc à éviter.

Une pulsion de l’air neuf au ras du plafond (avec recherche de l’effet Coanda) n’augmente pas l’effet convectif et donc pas la puissance frigorifique.

Espace nécessaire

La hauteur minimale nécessaire est fonction de l’ensemble des équipements à placer dans le faux plafond. Au cas où seule la fonction thermique est présente, la hauteur minimale requise est l’ordre de 55 mm.

Préparation de l’eau glacée

On utilisera soit un groupe d’eau glacée spécifique, soit un réseau du circuit principal.

Un cas particuliers existe cependant :

Les plafonds réalisés par des nappes capillaires, qui requièrent une alimentation en eau déminéralisée. Un circuit spécifique, avec son propre échangeur à plaque en acier inoxydable, sera réalisé sur la boucle d’eau glacée du bâtiment.

Régulation

Le circuit des panneaux est alimenté à des régimes aller – retour, allant de 15°C – 17°C à 19°C-20°C en fonction de la puissance nécessaire. Il est ainsi possible de réguler la température de départ en fonction de la température extérieure, ou mieux, si présence d’une régulation numérique, de la rendre variable en fonction de l’ouverture des vannes.

Schéma de principe

La régulation de l’alimentation en eau des panneaux vise classiquement au maintien de la température de consigne, mais aussi au contrôle de l’absence de condensation sur les tuyauteries.

Sur base de la mesure de la température de l’air ambiant et de son humidité relative, le régulateur détermine le point de rosée de l’ambiance et limite la température de l’eau à un niveau de 1 à 1,5°C supérieur à ce point de rosée, par action sur une vanne trois voies.

Cette protection peut également être assurée par un détecteur de condensation placé à la surface du tube d’entrée: si l’humidité relative de l’air à la surface du tube approche de la condensation, un contact est actionné; la vanne est fermée et, éventuellement, la pompe est arrêtée.

Cette pompe peut également être mise à l’arrêt.

si la température ambiante est inférieure à sa consigne,
si le contact de feuillure placé sur les ouvrants des châssis signale une fenêtre ouverte.

Montage

Lorsque plusieurs panneaux doivent être mis en parallèle, on peut prévoir une disposition similaire à la mise en parallèle de radiateurs :

Comme dans les raccordements bitubes, on peut améliorer l’équilibrage de l’installation par un montage en Tickelman :

Chaque circuit présente alors une perte de charge similaire et donc un débit d’alimentation similaire.

Comment est gérée la présence d’air ? On considère que les serpentins sont horizontaux et que l’eau pousse l’air qui serait présent. Ce sont les tuyaux de raccordement (ou tuyauteries-mères), toujours placés au-dessus du serpentin qui seront éventés, généralement sur le retour.

Un détail à insérer au cahier des charges : on exigera des bouchons sur les tuyauteries à l’arrivée sur chantier. Ces bouchons ne seront retirés qu’au moment du raccordement. À défaut, le serpentin étant plus bas que les tuyauteries-mères, des crasses iront s’y loger…

Solution proposée par un constructeur de matériel de régulation

Chaque local dispose d’une vanne 2 – voies modulant le débit d’eau. Un thermostat agit sur cette vanne mais peut agir sur plusieurs vannes en parallèle, si les conditions thermiques sont jugées similaires.

Boitier d’ambiance comprenant la mesure de la température d’ambiance et le potentiomètre de réglage de la consigne (que l’on peut aussi limiter dans une plage de +/- 2 K autour d’une valeur de base réglée d’avance)
Hygrostat limiteur pour le contrôle de la condensation, actionnant le circulateur.
Sonde d’applique pour le contrôle de la température effective à l’entrée du réseau.
Régulateur numérique (liaisonnable à la GTC par bus 2 fils), agissant sur le circulateur et sur la vanne deux voies motorisée.
Vanne motorisée électro-thermique modulant le débit suite au signal chrono-proportionnel reçu du régulateur.

Solution intégrant la commande de radiateurs

Avec le même matériel, le schéma ci-dessous signale que le régulateur peut également gérer le chauffage statique en hiver, la commande de l’éclairage et la réponse d’un contact de fenêtre.

Mais cette solution est luxueuse; une simple vanne thermostatique peut être adaptée à l’entrée du corps de chauffe. Elle sera réglée sur 21°C tandis que le plafond froid est modulé sur 26°C (ce qui correspond à un confort équivalent à 24°C), interdisant ainsi tout risque de destruction de l’énergie.

Si une solution par radiateur électrique est choisie, un verrouillage en fonction de la température extérieure sera utilement prévu. Par exemple : enclenchement seulement si la T°ext est < à + 5°C.

Contrôle de la condensation

Différentes dispositions seront prises pour limiter le risque de condensation :

limitation de la température de départ de l’eau pour les réseaux intégrés dans la dalle de plafond,
contrôle de l’humidité relative à proximité du plafond et coupure de la circulation d’eau, pour les réseaux en faux plafonds,
contrôle des conditions extérieures pour anticiper les fluctuations d’humidité à l’intérieur du local.

Dans un bâtiment avec fenêtres ouvrantes, l’alimentation du plafond en eau doit pouvoir être interrompue par un contact de feuillure.

Avantages

Le confort est meilleur que dans les systèmes traditionnels (par ventilo-convecteurs par exemple).
1. Parce que l’apport de froid par rayonnement est plus stable (inerte) et mieux réparti spatialement que l’apport de froid par air,
2. parce qu’il conserve « la tête au frais »,
3. parce que le confort est renforcé par l’absence de courant d’air froid, puisque le débit d’air est limité au débit hygiénique,
4. parce ces mouvements d’air limités entraînent peu de déplacement de poussières dans les locaux.

Si l’eau froide est produite par une machine frigorifique, la préparation d’eau glacée à une température « élevée » de 15°C-17°C environ permet la sélection d’une machine frigorifique avec un excellent coefficient d’efficacité frigorifique (ou « COP frigorifique »). Cette propriété est perdue si la même machine frigorifique est utilisée pour préparer l’air neuf déshumidifié …
Une température d’eau élevée permet également de recourir à une source de froid naturelle comme l’air extérieur (via free-chilling) ou le sol (via géocooling). La consommation liée la production de froid se réduit alors simplement à la consommation d’auxiliaires (pompes, ventilateur de pompes de refroidissement,…).
La séparation entre la fonction ventilation des locaux (air neuf hygiénique) et l’apport thermique (apport de froid) est un gage de bonne régulation.
L’air neuf ne sera pas recyclé, évitant ainsi les risques de contamination liés au recyclage de l’air (« sick buildig syndrom »).
L’absence de bruit est un confort non négligeable (fonctionnement statique, faible débit d’air neuf pulsé).
Cette température élevée permet d’imaginer, durant une bonne partie de l’année, un refroidissement direct de l’eau glacée dans les tours de refroidissement en toiture, en by-passant ainsi la machine frigorifique. Cette technique est généralement appelée « free-chilling ». La consommation liée au froid se résume à l’alimentation des pompes de circulation ! La présence d’une source d’eau froide naturelle peut également être mise à profit (rivière, lac, …)
Le transport du froid vers les locaux par de l’eau glacée (pompe) est environ dix fois moins énergétique que le transport par de l’air froid (ventilateurs des systèmes « tout air »).
Le confort apporté par le rayonnement froid au dessus des occupants permet une augmentation de 2°C de la consigne de température ambiante des systèmes traditionnels (température max = 26°C ou 27°C, au lieu des 24 ou 25°C habituels pour des ventilos ou des poutres froides, par exemple). Il s’en suit une réduction de la puissance frigorifique nécessaire.
Les coûts d’exploitation énergétiques sont plus faibles que dans le cas des systèmes traditionnels (ventilo-convecteurs par exemple). Une étude de cas réalisée par Tractebel Development Engineering précise ce facteur. On épargne la consommation des ventilateurs des ventilo-convecteurs, mais on augmente un peu la consommation des pompes de distribution de l’eau puisque qu’un delta T° aller-retour de 2 à 3 K est réalisé contre 5 à 6 K pour les ventilos.
Une économie supplémentaire provient du fait qu’une part de la consommation des ventilos-convecteurs est donnée en chaleur latente sur l’air (la température de la boucle d’eau glacée est inférieure à la température de rosée de l’ambiance et l’humidité de l’air se condense, parfois inutilement). Ce fait ne se produit pas avec les plafonds, … sauf si c’est l’air neuf qui est fortement déshumidifié…
La régulation est en partie auto-adaptative : une augmentation des charges du local provoque une augmentation de sa température et donc une augmentation de la puissance de refroidissement.
L’entretien semble réduit.
Un entretien réduit : pas de remplacement de filtre ou d’usure mécanique contrairement aux ventilos-convecteur.
L’encombrement au sol est nul !
Le système requiert une hauteur de faux plafond inférieure à celle d’un système tout air.
Le traitement des zones internes par ce système est moins encombrant que par la climatisation en VAV ou par ventilo-convecteurs.

Inconvénients

La puissance frigorifique reste limitée par rapport aux systèmes traditionnels. On dit parfois que c’est un système placé pour vaincre les apports internes (bureautique, éclairage, occupants). Ceci sous-entend que les apports solaires des vitrages soient limités :
- soit par la conception du bâtiment créant des ombres portées,
- soit par la mise en place de protections solaires extérieures,
- soit par le placement de stores intérieurs clairs combinés à des vitrages performants,
- soit par la configuration des lieux (bureaux paysagers, salles profondes).

Il faut cependant relativiser cet inconvénient. En effet, dans un bâtiment moderne qui se veut énergétiquement performant, une puissance de conception de refroidissement top élevée provient souvent :
soit d’une programmation mal raisonnée et d’apports internes excessifs (taux d’occupation, puissance bureautique irréaliste),
Soit d’installations intérieures mal conçues (puissance d’éclairage excessive,…),
Soit d’une enveloppe mal protégée de l’ensoleillement.
Minimiser les charges internes et bien les estimer impactent considérablement les choix du système de refroidissement. Prenons un bureau de 20 personnes orientation Sud avec 30 % de surface vitrées.

	Hypothèses
	Minimiser charges internes			Estimation réaliste
Éclairage	12 W/m²	6,5 W/m²	6,5 W/m²	6,5 W/m²
Protections solaires	sans	sans	extérieures	extérieures
Ordinateurs	180 W/PC	180 W/PC	180 W/PC	104 W (mixte tour et laptop)

Puissance de froid	131 W/m²	126 W/m²	83,8 W/m²	68,7 W/m²

Dans un premier temps, les besoins en éclairage de ce bureau sont surestimés 12W/m² et 180W par ordinateur dans ce cas, il demanderait une puissance de froid 131W/m². Dans ce cas, l’auteur se prive de la possibilité d’envisager des plafonds froids. Par contre, si ces charges internes sont minimisées par l’utilisation de protections solaires et que l’éclairage est optimisé (6,5Wm²), ce bureau demanderait une puissance de froid de 84W/m². Dans ce cas, il est possible d’utiliser des plafonds froids avec un régime 15°-17°C qui permet déjà d’utiliser en partie l’énergie gratuite, contenue dans l’air (free-chilling) ou dans le sol (géocooling). Si les charges internes de la bureautique sont mieux estimées (120W/PC au lieu de 180W/tour et 40W pour l’utilisation de PC portable), on peut envisager d’augmenter le régime d’eau à 17-19°, ce qui permet une utilisation plus importante de free-chilling ou du géocooling. L’intérêt énergétique est ainsi double puisque d’une part la puissance de froid est diminuée de 47% entre les cas extrêmes et d’autres parts parce qu’il diminue la consommation énergétique du groupe de froid par utilisation d’énergie renouvelable (lien vers gain d’énergie par géocooling et free-chilling).

Le coût d’installation est plus élevé que pour d’autres systèmes, que pour d’autres systèmes, surtout en rapport à la puissance frigorifique fournie.

Ce coût est notamment lié à la régulation assez sophistiquée, notamment pour éviter tout risque de condensation.

Le chauffage en hiver reste à résoudre ! Plusieurs solutions sont possibles :
- soit le chauffage par le plafond (mais inconfortable),
- soit un chauffage par le plafond limité aux premiers panneaux situés en façade (confortable mais limités en puissance),
- soit un chauffage traditionnel par radiateur (solution généralement appliquée en rénovation puisque l’on peut récupérer l’installation existante).

Coût

Les coûts d’investissement d’un système « plafonds froids » sont aujourd’hui encore plus élevés que ceux des autres systèmes HVAC du type air/eau.

Les coûts d’investissement d’installations HVAC complètes avec plafonds froids, qui étaient il y a quelques années de l’ordre de 250 €/m², peuvent aujourd’hui être réalisées pour moins de 130 €/m².

Ces coûts doivent aussi être évalués globalement, en tenant compte des réductions possibles de coûts d’investissement dans d’autres domaines de la construction du bâtiment :

faux plafond,
simplification de l’allège et suppression du cache-convecteur,
non-installation éventuelle d’un corps de chauffe statique,
augmentation de l’espace locatif utilisable,
…

Compte tenu de ces éléments, la solution « plafond froid » se rapproche de sa concurrente plus traditionnelle, l’installation de ventilo-convecteurs.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation par point de rosée d’un humidificateur

Régulation par point de rosée d'un humidificateur

Fonctionnement normal

Pour comprendre le fonctionnement de la régulation par « point de rosée » (encore rencontrée de nos jours), il faut revenir à une époque où le contrôle direct du taux d’humidité était difficile : les sondes d’humidité n’étaient pas du tout fiables. L’humidification se faisait sur base d’un laveur d’air, c.-à-d. un type d’humidificateur pulsant l’eau à débit constant. En fonctionnement, la pulvérisation était si intensive que l’air était amené pratiquement à la saturation (85 .. 90 % d’HR).

L’idée était alors d’humidifier de telle sorte qu’en sortie de laveur (X), l’air atteigne le point de rosée du point de soufflage (S) (de là le nom de la régulation). Une postchauffe amène ensuite l’air à bonne température. En pratique, les batteries de préchauffe et de refroidissement sont réglées par le régulateur (R2) pour atteindre la consigne de température du point de rosée (X), l’humidificateur fonctionnant à plein débit permanent. Par ailleurs, la batterie de postchauffe est réglée par le régulateur (R1) en fonction d’une consigne de température de pulsion (S) ou de température ambiante (A) : l’air humidifié est réchauffé à la température d’insufflation nécessaire.

En fait, on règle ainsi l’humidification sans aucune sonde d’humidité et sans agir sur l’humidificateur.

Exemple : voici l’évolution pour une consigne de point de rosée de 14°C,
une température de soufflage de 32°C et une consigne ambiante de 22°C.

Remarque.

Ce « zig-zag » de l’air sur le diagramme de l’air humide n’est pas en soit source de consommation excessive. L’énergie totale demandée est (hS – hE) et la phase d’humidification est neutre dans ce bilan.

Par exemple, si l’ambiance est trop humide, on diminue la préchauffe (de Y à Y’), la température de sortie de l’humidificateur (X) est abaissée (X’) et l’humidité absolue de l’air pulsé diminue. La vanne de la batterie de post chauffe s’ouvre quelque peu et la température de pulsion (S’) reste alors inchangée.

Par exemple, si l’humidité relative mesurée de l’ambiance est de 50 %
alors que la consigne est de 40 %, la préchauffe diminuera (de Y à Y’).

Un autre mode de régulation de ce type d’installation consiste à commander les batteries de préchauffe et de refroidissement au moyen d’une sonde d’humidité ambiante. Cela permet de maintenir une humidité constante quelles que soient les perturbations (on humidifie ou déshumidifie selon les besoins) mais entraîne une consommation importante liée à la déshumidification.

Problèmes

Destruction d’énergie

Les problèmes commencent en mi-saison …

Par suite des propriétés spécifiques de la régulation du point de rosée – que cela soit nécessaire ou non – l’air est refroidi à la température du point de rosée d’environ 13°C. Le fonctionnement n’est dès lors pas rentable pour tous les états de l’air extérieur qui se trouvent au-dessus de l’adiabate du point de rosée.

C’est ainsi par exemple que, en fonctionnement d’été, l’air est refroidi de l’état initial (E) jusqu’au point d’intersection avec l’adiabate (Y) du point de rosée, humidifié de façon adiabatique jusqu’au point (X) (point de rosée de remplacement) puis réchauffé à nouveau jusqu’à la température d’insufflation (S).

On se retrouve alors dans la situation aberrante où l’on refroidit et déshumidifie l’air, pour ensuite l’humidifier et le réchauffer !!

Bien qu’il ne devrait y avoir qu’une déshumidification, il y a encore ici une humidification – car le laveur est en service en permanence et le régulateur du point de rosée règle une température de l’air inférieure de 3 à 4°C à la température d’insufflation – et donc la puissance de refroidissement est encore accrue pour la déshumidification.

D’autres exemples de dysfonctionnement énergivore sont possibles, même en hiver, lorsque l’installation dispose d’un recyclage partiel de l’air et que le point de mélange (M) se trouve au-dessus de l’adiabate du point (X).

Pour respecter la condition de température de rosée à la sortie de l’humidificateur, un cycle de refroidissement/déshumidification/humidification/réchauffage se met en place…

Même lorsque l’humidificateur est mis à l’arrêt en été (manuellement ou de façon automatique), la consigne de rosée poussera la batterie froide à refroidir l’air et ensuite, la consigne de pulsion commandera son réchauffage.

Humidification excessive

De plus, lorsqu’aucune sonde d’humidité ne contrôle la batterie de préchauffe, l’humidité ambiante obtenue du fait de l’humidicateur dépasse largement la barre des 40 %, ce qui n’apporte rien au confort mais entraîne une consommation inutile.

Par exemple, si on fixe la consigne de point de rosée à 14°C et la température de pulsion à 20°C, l’air sera pulsé avec une humidité relative de 58 % à laquelle viendra encore s’ajouter l’humidité produite dans les locaux.

Améliorations possibles

Adapter la consigne de température du point de rosée

Classiquement, on retrouve la consigne de température de rosée (en sortie de laveur d’air) bloquée sur 13 ou 14°C toute l’année.

Analysons la situation en hiver. Si l’air sort de l’humidificateur à une température de 14°C et une humidité relative de 90 %, après chauffage à 21°, il sera à plus de 55 % d’humidité ! Or dans l’ambiance, il captera encore l’humidité des occupants (50 grammes par heure et par personne), des plantes, …

Idéalement, la température du point de rosée devrait donc être basse en hiver, afin de limiter la consommation d’humidification.

Par exemple en fixant la consigne de rosée à 7°C, on atteint une humidité ambiante de l’ordre de 45 % (pour une température ambiante de 20°C, en tenant compte de l’apport en humidité des occupants.

Mais si, en été, la consigne de rosée est basse, on risque vite de tomber dans le cas où la batterie de froid sera en demande pour satisfaire cette consigne. On doit au contraire augmenter au maximum la consigne de rosée pour qu’elle soit proche de la consigne de pulsion.

Par exemple, si la consigne de pulsion est de 17°C, le point de rosée peut être réglé à 16°C (le degré d’écart entre ces deux consignes sera donné par le ventilateur).

Une consigne de rosée aussi élevée ne peut malheureusement pas convenir en hiver car elle entraînerait une humidification excessive et énergivore.

Il faut donc prévoir une consigne de rosée différente en fonction de la saison.

Comment faire ?

La première action consisterait à adapter manuellement la consigne en fonction de la saison.

Mieux, on peut imaginer une consigne de rosée variable en fonction de la température extérieure, suivant une courbe de chauffe du type :

Enfin, une alternative peut consister à modifier automatiquement la consigne de rosée en fonction de l’humidité relative mesurée dans la reprise d’air. La consigne peut par exemple varier entre 7°C et la température de pulsion moins 1 .. 1,5°C.

Stopper la déshumidification d’été

Si on analyse de près la régulation par point de rosée, on se rend compte que la destruction de l’énergie provient surtout du fait que la batterie froide est commandée par la consigne de point de rosée : elle peut être enclenchée pour déshumidifier l’air.

Or dans des locaux de type « bureaux », sauf exceptions, il nous semble que le besoin de déshumidifier ne se présente pas :

Dans des conditions extérieures extrêmes (30° et 50 % HR), avec une consigne de rosée de 16°C et une consigne de pulsion de 17°C, l’humidité ambiante ne dépasse pas 60 % en tenant compte de l’apport en humidité des occupants (point A’).

Exceptions ? Il est des cas où une déshumidification s’impose : les locaux climatisés par plafonds froids ou poutres froides, et les salles où le maintien de conditions d’ambiance stricte est nécessaire.

Comment faire ?

Il y a lieu de modifier le principe de régulation pour commander la batterie froide au départ du même point de consigne que la batterie de post-chauffe (bien sûr avec une plage morte entre l’enclenchement des 2 batteries). Seul le besoin de refroidissement de l’ambiance pilotera la batterie froide.

Par exemple : commande de la batterie de refroidissement et de la batterie de post-chauffe par la consigne de pulsion. La batterie de préchauffe restant commandée par la consigne de rosée pour gérer l’humidification en hiver.

Cette mesure combinée avec l’abaissement du point de rosée en hiver, devrait éviter toute destruction d’énergie.

Limiter l’humidification excessive

Si ce n’est pas déjà le cas, on cherchera tout d’abord à commander l’humidificateur sur base de l’humidité effective dans les locaux. Par exemple via une sonde dans la reprise d’air, plutôt que via une sonde dans la pulsion.

Par exemple, cette technique consiste à agir, sur base d’un hygrostat dans la reprise commune des locaux, sur la pompe de l’humidificateur. Cela peut entraîner certaines fluctuations d’humidité dans les locaux.

Signalons que dans ce cas, la consigne de l’hygrostat et la consigne de rosée seront les plus basses possibles (pour assurer environ 40 % dans l’ambiance). En évitant une humidification excessive, on limitera les fluctuations d’humidité ambiante liée au fonctionnement en tout ou rien de la sonde d’humidité.

On peut ensuite mettre l’humidificateur à l’arrêt dès la mi-saison, par exemple, au-dessus d’un seuil de température extérieure : 5…8°C. C’est mieux que rien … mais cela n’empêchera pas le fonctionnement simultané de la batterie froide et de la batterie de post-chauffe en mi-saison.

Favoriser l’humidification à débit variable

Toutes ces difficultés, proviennent finalement de la technologie des « laveurs d’air » qui saturent l’air pulsé en eau.

On pourrait imaginer pouvoir directement régler le taux d’humidité souhaité en agissant sur l’efficacité de l’humidificateur.

Le schéma de l’installation serait le suivant :

C’est un montage en vanne diviseuse mais il est possible également de diviser l’installation en plusieurs rampes de gicleurs, commandés chacune par une vanne magnétique.

Fonctionnement en hiver.

Fonctionnement en été.

Ce type de fonctionnement est semblable à celui obtenu avec un humidificateur à vapeur.

Est-ce réalisable avec un humidificateur à pulvérisation ou à évaporation ?

Certains fabricants semblent dire que c’est possible avec leur matériel. D’autres disent qu’il existe un écart entre la théorie et la pratique et que l’on ne sait pas trop quelles sont les conditions obtenues pour de faibles débits d’eau : la taille des gouttes augmente et le pouvoir de diffusion dans l’air diminue fortement. Un pompage de l’installation aurait beaucoup de chance de se produire… Cela semble par contre possible avec les humidificateurs rotatifs.

En résumé, le bilan est mitigé et il est difficile de se faire une opinion globale. Si un de nos lecteurs posséde une expérience pratique de ce type de régulation, son éclairage est donc le bienvenu.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique du poste de cuisson

Photo poste de cuisson.

Analyse quantitative

Cette analyse est purement indicative, elle ne peut constituer à elle seule un critère de décision.

En effet, il est très difficile de donner des valeurs de consommation de référence car elles varient très fort en fonction de facteurs indépendants de l’énergie (hygiène, organisation, choix culinaires, etc).

Ainsi, si on compare, du point de vue énergétique, sa cuisine avec d’autres cuisines, on ne peut valablement porter de jugement de valeur que si les concepts de base choisis sont identiques.

L’analyse quantitative doit donc être complétée par l’analyse qualitative.

Ainsi, supposons par exemple, pour une cuisine, que l’on aboutisse aux deux conclusions suivantes :

Analyse quantitative : le poste cuisson est globalement peu performant (en Wh/repas).

Analyse qualitative : la cuisson à haute température, avec évaporation d’eau (sauter, griller ou frire) est prépondérante.

Ces deux conclusions se recoupent : si le poste cuisson est peu performant, c’est justement, dans l’exemple, parce que la cuisson avec évaporation est prépondérante. La conclusion de l’analyse qualitative vient justifier la conclusion de l’analyse quantitative.

L’analyse quantitative peut aussi venir trouver sa justification dans les concepts de base influençant les consommations.

En revanche, l’évaluation de sa propre situation (mesure ou estimation) permet de mieux comprendre où passe l’énergie de sa cuisine et donc de concevoir une stratégie d’amélioration fondée sur l’analyse des facteurs de consommation (et non pas sur la comparaison avec un modèle moyen et irréel).

Une valeur de référence

Nous avons relevé les ratios suivants, dans des cuisines considérées comme correctes. Ces valeurs peuvent encore être améliorées (parfois de 20 à 30 %) mais certaines autres cuisines les dépassent largement (parfois d’un facteur 2 ou plus). Ces valeurs sont valables pour une gamme de cuisines collectives allant de 50 à 400 repas par service. Au-delà ces ratios peuvent diminuer.

Cuisson	450 Wh/repas
Remise en température	55 Wh/repas en barquettes, 20 Wh/repas en plat.
Maintien en température	20 Wh/repas

Le maintien en température peut, dans certaines cuisine atteindre 80 Wh/repas et plus, comme être nul (distribution tendue).

Évaluer sa propre situation

Les appareils électriques

> À partir de mesures :
On peut mesurer la consommation des appareils utilisés lors de la cuisson. Pour être représentative d’une moyenne, il faut répéter l’opération plusieurs jours de suite. Les mesures peuvent être réalisées sur chaque appareil mais nécessite alors l’intervention d’un électricien vu que les appareils ne sont pas raccordés à une prise mais de façon fixe. Elles peuvent aussi être réalisées à partir du tableau électrique où l’on trouve un départ par appareil de cuisson.

S’il existe un compteur électrique spécifique à la cuisine, on peut tenter d’isoler l’utilisation des appareils de cuisson.

Les appareils au gaz

> À partir de mesures :
Contrairement à l’électricité (les compteurs électriques sont petits et facilement déplaçables), on exclut la pose de compteurs gaz temporaires. En effet, on manque de place, et il y a des problèmes de sécurité et de prix.

Par contre, il existe en général un compteur gaz pour la cuisine du bâtiment. Dans ce cas, un relevé avant et après la cuisson suffit. Pour être représentatif d’une moyenne, il faut répéter l’opération plusieurs jours de suite.

S’il n’existe pas de compteur spécifique à la cuisine, il faut isoler le poste cuisson. Si le chauffage est au gaz, on fait les mesures en dehors de la période de chauffe. Si l’eau est chauffée au gaz dans un boiler à accumulation, on coupe temporairement celui-ci. Si le boiler est à chauffe directe, on peut calculer l’énergie nécessaire au chauffage de l’eau utilisée.

> A partir d’estimation :
Pour les appareils avec brûleur séquentiel, l’allumage s’effectue toujours à plein débit. La diminution de l’apport de chaleur est obtenue par une série d’arrêts et de remises en marche du brûleur.

Pour certains appareils, la flamme est directement visible ou le devient facilement en enlevant une plaque de l’appareil. On peut calculer la proportion de temps (f) durant lequel il y a une flamme et calculer l’énergie consommée par la formule :

E = P x T x f,

Où :

P : puissance de l’appareil,
T : temps de la cuisson.

Analyse qualitative

Nous avons une surconsommation d’énergie, par rapport au service rendu, quand la quantité d’énergie consommée dépasse nettement la quantité intrinsèquement nécessaire au processus physico-chimique de cuisson des denrées.

Il y a toujours une partie de l’énergie qui n’est pas utilisée à la cuisson proprement dite : ainsi, une partie de la chaleur sert à élever la température du récipient, une autre partie s’échappe éventuellement avec les gaz brûlés évacués, etc .

Les indices permettant de repérer des anomalies sont expliqués un à un. Ils servent à remplir une grille d’évaluation.

L’analyse qualitative de l’efficacité énergétique du poste « cuisson » se fait en passant en revue chacun des appareils de cuisson utilisés. La conclusion globale dépend de la proportion de « bons » et de « mauvais » appareils utilisés pour ce poste.

Par exemple, l’utilisation fréquente d’un auto-cuiseur de bonne qualité est un indice d’un poste cuisson à haute efficacité énergétique.

Repérer les indices d’un bon/mauvais appareil
Grilles d’évaluation

Repérer les indices d’un bon/mauvais appareil

Photo poste de cuisson.

L’efficacité énergétique d’un appareil de cuisson dépend des paramètres ci-dessous. Les premiers concernent l’appareil proprement dit, les suivants concernent la façon de l’utiliser.

La source de chaleur

Les appareils qui produisent la chaleur à l’intérieur du volume de cuisson (certains fours ou marmites) ont une efficacité supérieure à ceux qui produisent la chaleur à l’extérieur. Ainsi, une marmite à chauffe directe perd moins d’énergie qu’une marmite à réchauffeur externe, tout autre paramètre restant égal.

Le transfert de chaleur

Les appareils qui accélèrent le transfert de la chaleur aux denrées ont une plus grande efficacité. Ainsi les fours à convection forcée sont plus efficaces que les fours statiques, et la cuisson par la vapeur (fours avec vapeur, autocuiseurs, etc.) facilite la répartition de la chaleur.

Le confinement

Les appareils fermés perdent nettement moins d’énergie que les appareils ouverts. Les moins efficaces sont les feux vifs (à gaz ou électriques), les sauteuses ouvertes, les salamandres, grilloirs, plaques à snacker. L’efficacité d’une marmite peut être augmentée en la fermant par un couvercle.

La fuite d’énergie

Les appareils bien calorifugés sont plus efficaces.

La question concerne principalement les appareils fermés (fours, marmites, bain-marie).

Des appareils ouverts (plaques, etc.) se font encore en version non isolée, mais ces appareils sont surtout caractérisés « sans confinement » et la question de l’isolation est relativement secondaire. Quand elle existe, l’isolation protège surtout des brûlures et protège les circuits ainsi que les boutons de commande.

Les friteuses à zone froide sont mal isolées au fond mais ont l’avantage de mieux refroidir les débris solides et donc d’économiser l’huile et d’améliorer le goût.

Pour les appareils fermés, le calorifuge existe depuis longtemps mais il a bien évolué : isolant plus épais, isolant mieux protégé, ponts thermiques traités, meilleure fixation, meilleure tenue.

On peut vérifier que l’isolant est bien réparti et bien fixé au niveau des parties de l’appareil où il est visible (en général dans les parties cachées. Ex. : dessous de l’appareil, etc.). Il suffit parfois de dévisser une plaque. De même, on peut contrôler si l’appareil présente des zones chaudes (à l’arrière, par dessous, …). Un appareil bien isolé peut être touché sans se brûler.

Vu l’intérêt économique différent, les appareils au gaz sont, en général, moins bien calorifugés. Les fours électriques sont plus fermés (pas de gaz à évacuer).

Certains appareils chauffés par de la vapeur perdent de l’énergie par les fuites, ou par la mauvaise récupération de l’eau condensée.

La masse inerte

Moins on aura à chauffer de matière non consommable (le récipient), moins on consommera de chaleur.

La masse inerte est à comparer à la masse utile (denrée + bain alimentaire). L’eau de cuisson des légumes et l’huile des frites sont des bains alimentaires. L’eau des bain-marie et la vapeur des fours sont des bains non alimentaires.

Un rapport de la masse inerte à la masse utile faible est un indice d’une bonne efficacité énergétique de l’appareil.

Ce rapport est souvent bon dans les marmites, les fours à rôtir et les autocuiseurs, parfois dans les grills et les plaques vitrocéramiques (gaz ou électricité).

Il est souvent médiocre dans les sauteuses, les plaques traditionnelles et les fours pâtissiers.

Remarque : une plaque à induction a une meilleure efficacité énergétique qu’une plaque classique. Néanmoins, pour que la différence soit réellement effective, il faut que la plaque soit de bonne qualité : la vitrocéramique doit être transparente aux ondes électromagnétiques. Si votre plaque reste froide lors de la cuisson, cela signifie qu’elle l’est suffisamment.

Le dimensionnement

Le surdimensionnement : un matériel trop grand par rapport aux quantités à cuire perd plus d’énergie, pour un ensemble de raisons : plus de fuites d’énergie, masse inerte proportionnellement plus importante, etc.

Le sous-dimensionnement : paradoxalement, un matériel trop petit par rapport aux masses de produits à cuire pourra être une cause de sur-consommation d’énergie. Ainsi, un four trop petit nécessite deux cuissons au lieu d’une seule (chacune consommant plus de la moitié de l’énergie d’une cuisson unique). De plus, il faudra probablement stocker la première fournée dans une armoire chaude en attendant la fin de la deuxième cuisson.

Le rendement des appareils au gaz

Il y a eu beaucoup d’améliorations concernant le rendement des appareils au gaz ces dernières années.
Outre un bon calorifugeage, ce rendement est obtenu par le brûleur séquentiel, par l’optimisation du transfert de chaleur et par l’allumeur électronique.

Avec un brûleur séquentiel, la diminution de l’apport de chaleur est obtenue par une série d’arrêts et de remises en marche du brûleur selon un cycle pré-établi. L’allumage s’effectue toujours à plein débit et donc la flamme a toujours la même hauteur. Il permet d’augmenter le rendement de l’appareil de 20 points.

Le meilleur transfert de chaleur fait gagner quelques points de rendement (parfois près de 10 points).
Il s’obtient par le choix du matériau pour l’échangeur (cuivre bon conducteur) et par le choix de la géométrie des parois d’échange thermique : trajet des gaz chauds plus long, plus turbulent (ailettes, tétons).

L’allumeur électronique est plus facile à manipuler que le piezzo. On arrêtera donc plus volontiers l’appareil.

Grâce à ces techniques, il existe une friteuse au gaz à haut rendement (88 %) fabriquée en Hollande. Ce rendement est à comparer aux 45 % d’une friteuse au gaz classique.

La qualité de combustion (installations au gaz)

Remarque : ce paramètre n’est pas intégré dans les grilles d’évaluation pour plusieurs raisons : parce que son incidence est relativement plus faible que celle des autres paramètres et parce que son amélioration relève seulement d’une bonne maintenance technique qui sera de toute façon à programmer, quelles que soient les conclusions de l’évaluation énergétique, au moins pour des raisons de sécurité.

Le binôme temps/température :

Il s’agit de conduire la cuisson au bon moment, à la bonne température, et sur la bonne durée.

La durée excessive

La durée excessive est surconsommatrice. Ainsi, pour préparer une soupe, mieux vaut introduire ensemble les produits à temps de cuisson égal, que de les introduire peu à peu toutes les dix minutes, à mesure de leur disponibilité à la sortie de la légumerie.

Le préchauffage

Il doit être limité au temps strictement nécessaire (fours, armoires chaudes, etc.).

Quand un produit doit être jeté dans une eau portée à l’ébullition, ou dans un bain de friture, il est primordial de ne plus attendre à partir du moment où la température est atteinte : la contrainte est souvent celle de l’organisation des tâches des différents personnels disponibles.

L’allumage des appareils ne doit pas être systématique au petit matin, mais sera différé jusqu’au moment opportun.

Le choix des horaires

Un horaire de cuisson bien choisi permet d’éviter de recourir aux armoires chaudes pour le stockage après cuisson.

Le refroidissement d’un appareil

Le refroidissement d’un appareil, le plus souvent un four, entre deux cuissons successives fait croître la consommation d’énergie. Il vaut mieux démarrer le second cycle dès la fin du premier.

Parfois, il est possible de cuire ensemble deux plats compatibles . Dans le cas des marmites, le refroidissement a moins d’incidence sur la consommation (températures plus basses) et reste souvent inéluctable, pour le nettoyage entre deux cuissons.

Les excès de température

Les excès de température entraînent le plus souvent une surconsommation d’énergie : température des bains, température des fours, température des denrées. En fait, il s’agit d’adapter le binôme temps/température : un auto-cuiseur pourra monter plus haut en température, mais sur une durée plus courte, et avec un meilleur confinement : il y aura économie d’énergie.

Les automatismes (régulateurs/programmateurs)

Les automatismes sont des auxiliaires très efficaces pour réduire la consommation d’énergie, tout en améliorant le plus souvent les qualités gustatives et en diminuant les pertes de masse. Les sondes de température à cour sont particulièrement appréciables.
Citons :

la possibilité de réguler finement les brûleurs à gaz grâce au pilote séquentiel,
les appareils polyvalents à programmes intégrés,
les sondes à cour, suivant fidèlement l’évolution du produit et pilotant un régulateur de température (du type séquentiel dans le cas du gaz),
les plaques à sonde (testant la présence et la température du produit),
les automates de cuisson sous vide (fonctionnant sans présence humaine, la nuit),
les programmes faciles à entrer (clavier écran , etc.)

Les automatismes n’apportent pas beaucoup par rapport à une conduite manuelle expérimentée et très au fait des appareils. Leur gain n’est pas quantifiable en soi, mais seulement par rapport à un comportement humain auquel il se substitue : tout dépend de la qualification des personnes, de leur disponibilité (effectifs, horaires), de l’organisation du travail, et de l’effort d’adaptation nécessité par l’évolution des produits et une carte culinaire qui serait trop complexe à assimiler techniquement. Les automatismes rendent aussi des services aux personnes expérimentées, en allégeant leur tâche et en leur permettant de plus diversifier les menus, voire de gagner sur les durées.

D’autre part, les automatismes des appareils nouveaux, moins énergivores par ailleurs, permettent d’en assimiler rapidement la maîtrise et d’en tirer les avantages prévus, sans risque de se tromper (avec des conséquences énergétiques).

Remplacer un vieux matériel (trop gros ou trop petit, mal isolé) fait souvent économiser l’énergie, et l’automatisme est acheté par la même occasion : il ne crée pas l’économie d’énergie, mais la facilite sur un matériel non encore maîtrisé.

Grille d’évaluation – Exemple

Dans les grilles d’évaluation chacun des paramètres cités ci-dessus a été affecté d’une pondération (incidence quantitative) sous la forme d’un nombre d’étoiles.

Une grille d’évaluation est complétée pour chaque appareil de cuisson. L’utilisateur remplit les cases blanches.

APPAREIL DE CUISSON	Type :	sauteuse basculante
	Capacité :	200 litres gaz
	Puissance :	25 kW
	% du temps :	10 %
Efficacité énergétique / Paramètres	Incidence	Note (0 à +/- 3)*	Bilan	Décision
Source de chaleur	*	– 1	– 10	non
Transfert de chaleur	**	+ 1	+ 20
Confinement	*****	– 1	– 50	non
Fuite d’énergie	*	0	/
Spécifique vapeur	***	0	/
Masse inerte	**	0	/
Sur dimensionnement	**	– 2	– 40	A voir
Sous dimensionnement	*	0	/
Rendement app. gaz	**	– 2	– 40	A voir
BINÔME TEMPS/TEMPÉRATURE
Durée excessive	***	0	/
Pré-chauffage	***	– 1	– 30	oui
Horaires	**	– 1	– 20	non
Refroidissement	*	0	/
Excès de température	**	0	/
Automatisme	**	0	/

* La note résulte d’un examen de l’appareil concerné et de son utilisation.
Exemple : si une marmite fonctionne toujours avec couverte, le confinement est noté + 3.

0 signifie « sans objet » par rapport aux critiques écrits dans le texte correspondant.

Concepts de base ayant une influence sur les consommations

Outre l’efficacité énergétique des appareils de cuisson et la façon de les utiliser, bien d’autres facteurs influencent les consommations du poste.

Ce sont d’autres considérations que l’énergie qui conduisent au choix de ces concepts.

Nous avons relevé les points suivants :

L’hygiène

Une cuisine ne respectant pas l’hygiène risque de consommer moins qu’une cuisine la respectant : interruption dans la chaîne du chaud, etc.

Le nombre de plats nécessitant cuisson – Les produits non cuits

Il est certain qu’une institution où l’on propose une entrée chaude, un potage et un plat consistant aura un poste cuisson bien plus énergivore que celle qui se contente de servir un plat consistant.

Dans le même ordre d’idée, il est trivial de constater que certains cuisines consomment beaucoup moins en été, du fait des changements de menus (salades, fruits frais et crèmes glacées, au lieu des entrées chaudes, choucroutes et pâtisseries).

La gamme des produits

Les produits précuits (4^ième gamme) permettent évidemment de réduire la consommation d’énergie en cuisine, mais pas nécessairement dans le bilan global de la chaîne intégrant la cuisson industrielle.

Sur la chaîne globale, il est intéressant d’utiliser un précuit pour les quantités de produits pour lesquelles on ne dispose pas des conditions optimales de cuisson économe (quantité trop faibles, par exemple : sauces, fonds de tarte).

L’évaporation de l’eau des denrées

La cuisine mijotée est grosse consommatrice d’énergie.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Brûleur séquentiel

Brûleur ordinaire et brûleur séquentiel.

Principe

Ordinairement, pour diminuer l’apport de chaleur à une préparation (lorsque sa température de cuisson est atteinte par exemple), on réduit le débit d’arrivée du gaz. Ceci a pour effet de raccourcir les flammes du brûleur.

Et la flamme, ainsi raccourcie, se concentre toujours au même endroit. Cela provoque une surchauffe locale qui conduit généralement à ce que les aliments « attachent » au fond des récipients.

Le brûleur séquentiel évite ce problème. La diminution de l’apport de chaleur est obtenue par une série d’arrêts et de remises en marche du brûleur selon un cycle préétabli. L’allumage s’effectue toujours à plein débit et donc la flamme a toujours la même hauteur.

Non seulement la surface couverte par les flammes est toujours la même, mais, de plus, pendant les séquences d’arrêt du brûleur, la chaleur se diffuse des parois les plus chaudes vers les parties les plus froides de la préparation. On obtient ainsi une homogénéisation de la température dans la préparation.

Brûleur ordinaire.

Brûleur séquentiel.

Fonctionnement

Le brûleur séquentiel comprend :

Un brûleur (1) équipé d’une électrode d’allumage et d’une électrode de détection de flamme (sur les brûleurs découverts, ces électrodes sont situées à l’intérieur du brûleur et donc à l’abri des chocs et du recouvrement par des déchets d’aliments).

Une électrovanne (2) qui permet d’ouvrir ou de fermer l’arrivée de gaz au brûleur.

Un sélecteur (3) permettant de choisir la séquence d’allumage / extinction la plus appropriée.

Un boîtier (4) comprenant les circuits de commandes et de sécurité.

Le boîtier de commande provoque l’allumage et l’extinction du brûleur selon la séquence choisie sur le sélecteur par l’utilisateur. À l’allumage, le gaz provient du brûleur dès l’ouverture de l’électrovanne, puis est enflammé par les étincelles de l’électrode d’allumage. L’autre électrode détecte toute absence de flamme permettant ainsi d’assurer la sécurité.

Les temps d’allumage et d’extinction peuvent être programmés avec précision. Sur un brûleur découvert, il est, par exemple, possible d’obtenir l’allumage pendant seulement deux secondes toutes les trente secondes. Le sélecteur laisse le choix entre plusieurs séquences permettant ainsi différents « ralentis ».

Le brûleur séquentiel peut aussi fonctionner en continu pour assurer une montée rapide en température et il ne se distingue alors pas d’un brûleur ordinaire.

Applications

Cette nouvelle technique peut s’appliquer aux principaux appareils de cuisine professionnelle : brûleur découvert, plaque « coup de feu », plaque à snacker, marmite, sauteuse…

Avantages

Les avantages de ce système sont nombreux :

Économie d’énergie : un brûleur ordinaire a un rendement médiocre au ralenti du fait que la distance de la flamme au récipient se trouve augmentée.

Des récipients plus faciles à nettoyer (gain de temps et économie d’eau chaude).

Une température plus homogène dans la préparation (certitude de réussir les préparations les plus délicates), évite l’utilisation de marmites à chauffage indirect ou du bain-marie.

Réduction des pertes en poids des préparations en marmites ou sauteuses.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la couche isolante du plancher des combles [Concevoir]

L’efficacité isolante

La valeur isolante du matériau dépend de son coefficient de conductivité thermique. Plus sa conductivité est faible, plus l’isolation sera efficace et donc plus l’épaisseur nécessaire à mettre en œuvre sera réduite. Le matériau doit également conserver une efficacité suffisante dans le temps.

Le choix l’épaisseur d’isolant doit donc se réaliser en fonction de la performance thermique à atteindre.

Exemple d’épaisseur calculée d’isolant

Remarque.

Les calculs ci-dessous sont faits avec l’hypothèse que le plancher est étanche à l’air. Dans le cas contraire, la valeur U peut être très fortement dégradée.

Pour éviter les courants d’air à travers les planchers légers, on choisira une finition inférieure de type :

plafonnage;
plaques de carton-plâtre correctement rejointoyées;
ou des panneaux de fibres de bois liées au ciment, avec enduit.

Le plafond n’est, par contre, pas rendu étanche par une finition en lambris ou planchettes.
Il ne l’est, bien sûr, pas non plus dès que la finition intérieure est perforée pour des canalisations électriques ou pour une autre raison. Si le passage de canalisation est nécessaire, celles-ci passeront dans un vide technique aménagé entre un écran à l’air et la finition intérieure.
Un plancher lourd ne pose généralement pas de problème de courant d’air.

Calcul précis

L’épaisseur « d_i » de l’isolant se calcule par la formule suivante :

1/U
= [1/h_i + d₁/λ₁ + d₂/ λ₂ + … + d_i/λi + R_u + 1/h_e]

<=> d_i = λ_i [(1/U) – (1/h_i + d₁/λ₁ + d₂/λ₂ + … + R_u + 1/h_e)]

où,

λ_i est le coefficient de conductivité thermique de l’isolant,
U est le coefficient de transmission thermique de l’ensemble « plancher des combles + versants de toiture » à atteindre (exemple : 0,3 W/m²K),
h_eet h_i les coefficients d’échange thermique entre le toit et les ambiances extérieures et intérieures valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
d_x/λ_x la résistance thermique des autres couches de matériaux,
R_u est la résistance thermique des combles. Elle comprend la résistance thermique de l’espace d’air et la résistance thermique de la toiture (en pente).

Le tableau ci-dessous donne les résultats des calculs pour des toitures avec sous-toiture et pour différents modèles d’isolation de plancher.

Sous-toiture +	Valeur U sans isolation [W/(m²xK)]	Épaisseur (en mm) d’isolant nécessaire pour obtenir : U < 0,3 W/(m²xK)
Plancher :	Valeur U sans isolation [W/(m²xK)]	MW, EPS 0.045 W/(mK)	PUR 0.035 W/(mK)	XPS 0.040 W/(mK)
Plancher léger étanche à l’air; sans aire de foulée.	2.6	> 133	> 103	> 118
Plancher léger étanche à l’air; avec aire de foulée.	1.5	> 120	> 93	> 107
Plancher lourd étanche à l’air.	2.3	> 130	> 101	> 116

Calcul simplifié

La valeur U d’une toiture est presque uniquement déterminée par la couche isolante. Pour simplifier le calcul, on peut négliger la résistance thermique des autres matériaux.

La formule devient alors :

e_i = λ_i ((1/ U) – (1/h_e + 1/h_i) [m]

Exemple pour U = 0,3 W/m²K,

e_i = λ_i ((1/ 0,3) – (1/23 + 1/8 )) m
= λ_i x 3,16 [m]

L’épaisseur ne dépend plus que du choix de l’isolant et de son λ_i.

L’épaisseur ainsi calculée doit être adaptée aux épaisseurs commerciales existantes.

Exemple.

Si l’isolant choisi est la mousse de polyuréthane (PUR).

Son λ_i vaut 0.039 W/mK (suivant NBN B62-002)
ei = 0.039 x 3.16 = 0.12324 m

L’épaisseur commerciale : 13 cm (par exemple : 6 + 7 cm).

Calculs

Pour estimer vous-même, de manière simplifiée, l’épaisseur suffisante d’un isolant.

L’adéquation avec le support

Un isolant semi-rigide :

s’intercale facilement dans les espaces qui lui sont réservés (pose entre les gîtes);
calfeutre correctement les raccords (autour de l’isolant);
ne résiste pas à la compression (non circulable).

Un isolant souple :

peut suivre la forme très compliquée d’un plancher (contournement des gîtes);
s’intercale facilement dans les espaces qui lui sont réservés (pose entre les gîtes);
calfeutre correctement les raccords (autour de l’isolant);
ne résiste pas à la compression (non circulable);

doit être supporté (par le plafond).
Un isolant rigide :

résiste mieux à la compression (peut éventuellement supporter une aire de foulée);
calfeutre moins facilement (entre les gîtes ou lambourdes);
s’adapte plus difficilement à des formes compliquées.

Les flocons ou granulés :

s’intercalent facilement dans les espaces qui leur sont réservés (pose entre les gîtes);
calfeutrent correctement les raccords (autour de l’isolant);
ne résistent pas à la compression (non circulable);
doivent être supporté (par le plafond);
se déplacent facilement.

Le choix de l’isolant dépend des caractéristiques énumérées ci-dessus et du modèle d’isolation choisi en fonction du type de plancher (lourd ou léger).

Le plancher lourd

Le plancher lourd sera idéalement isolé par le haut afin de lui maintenir une température constante. On évite ainsi des contraintes internes dans la structure et les désordres qu’elles risquent de provoquer. Le volume protégé profite également de l’inertie thermique importante du plancher lourd.

Non circulable

Si le plancher ne doit pas être circulable, tous les isolants en matelas ou en panneaux conviennent.
Si, en outre, la face supérieure du plancher est compliquée ou irrégulière, on préférera les matelas d’isolant souples qui épousent mieux la forme.
Les matelas souples seront idéalement enveloppés d’un papier perméable à la vapeur qui le protège de la poussière.

Circulable

Si le plancher doit être circulable, tous les panneaux rigides conviennent à condition que leur résistance à l’écrasement soit compatible avec les surcharges prévues.
Ils seront ensuite couverts par des plaques de protection constituant l’aire de foulée.
Ces panneaux rigides ne nécessitant pas de lambourdes pour porter l’air de foulée, les ponts thermiques sont évités.

Si pour des raisons économiques ou de protection au feu un isolant semi-rigide ou souple devait être posé, il le serait entre lambourdes. (voir plancher léger, isolation entre gîtes).

Le plancher léger

Non circulable

Isolation sur le plafond entre les gîtes

On utilisera idéalement des matelas rigides ou semi-rigides, car ils sont faciles à ajuster et à calfeutrer.
On peut également utiliser des flocons ou granulés. Ils sont plus faciles à poser, mais risquent d’être déplacés avec le temps par des facteurs mécaniques extérieurs (vent, circulation intempestive, rongeurs, oiseaux, …).
Isolation autour des gîtes

On utilisera exclusivement un matelas souple épousant bien la forme du support. Les matelas souples seront idéalement enveloppés d’un papier perméable à la vapeur qui le protège de la poussière.
Isolation au-dessus du plancher

Si le plancher ne doit pas être circulable, tous les isolants en matelas ou en panneaux conviennent.
Si on utilise des panneaux suffisamment résistants, ceux-ci peuvent être recouverts ultérieurement d’une aire de foulée et le plancher des combles serait ainsi rendu circulable, si nécessaire.
Dans ce cas, il ne faut pas oublier de prévoir le pare-vapeur éventuellement requis.

Circulable

Le plancher léger circulable sera généralement isolé dans son épaisseur pour des raisons d’économies d’espace et de matériaux.
Dans ce cas, on utilisera idéalement des matelas rigides ou semi-rigides, car ils sont faciles à ajuster et à calfeutrer.
Lorsque le plafond est posé avant l’aire de foulée, on peut utiliser des flocons ou granulés. Ils sont faciles à mettre en place.

Dans certains cas lorsqu’il n’y a pas de plafond ou lorsque des appareils volumineux sont encastrés dans celui-ci, on pose l’isolant sur une plaque de support reposant sur le gîtage.
Tous les panneaux rigides conviennent à condition que leur résistance à l’écrasement soit compatible avec les surcharges prévues.
Ils seront ensuite couverts par des plaques de protection constituant l’aire de foulée.

Ces panneaux rigides ne nécessitant pas de lambourdes pour porter l’air de foulée, les ponts thermiques sont évités.

Si pour des raisons économiques ou de protection au feu un isolant semi-rigide ou souple devait être posé, il le serait entre lambourdes. (Voir plancher léger, isolation entre gîtes).

Attention !

Certains isolants sont incompatibles avec d’autres éléments du plancher en contact avec l’isolant.
Par exemple, les mousses de polystyrène sont attaquées par les agents d’imprégnation du bois à base huileuse et par certains bitumes, par les solvants et les huiles de goudron.

Le comportement au feu

Lorsque le support résiste mal au feu (plancher en bois, tôles profilées métalliques), l’inflammabilité de l’isolant joue un rôle important.
Suivant le degré de sécurité que l’on souhaite atteindre, en fonction de la valeur du bâtiment et de son contenu, de son usage, de sa fréquentation, etc., on déterminera le degré d’inflammabilité acceptable pour l’isolant.

La chaleur produite par les spots peut dégrader ces mousses et provoquer des incendies. Si des spots doivent être placés à proximité du panneau isolant (solution à éviter), les mousses doivent être protégées en interposant des boucliers thermiques efficaces.

On veillera également à ce que ce matériau ne dégage pas de gaz toxique lorsqu’il est exposé à la chaleur d’un incendie. C’est notamment le cas de mousses auxquelles ont été rajoutés des moyens retardateurs de feu.

L’impact écologique

Les différents matériaux isolants n’ont pas tous le même impact sur l’environnement. Pour limiter cet impact, on choisira de préférence un isolant « écologique ».

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

A performance égale on choisira le matériau le moins cher. Il faut cependant raisonner en coût global, et tenir compte, non seulement du coût de l’isolant mais aussi de sa mise en œuvre.
Lorsqu’ils sont posés dans les planchers, les isolants correctement posés et protégés des agressions extérieures ne nécessitent aucun entretien et leur durée de vie ne pose pas de problème particulier.

Les conseils généraux de mise en œuvre

L’isolant est mis en œuvre conformément aux prescriptions de son agrément technique.

L’isolant doit être placé sur toute la surface du plancher sans oublier les éventuelles parties verticales, les trappes d’accès, etc.

Les joints entre les différents panneaux isolants et entre les panneaux isolants et les gîtes (planchers légers) doivent être bien fermés.

Pourquoi ?

Pour la même raison que ci-dessus et pour éviter les ponts thermiques, l’isolation de l’enveloppe doit être continue. La couche isolante de la toiture doit être raccordée avec les couches isolantes des autres parois du volume protégé.
Par exemple :
- L’isolant du plancher doit être en contact avec l’isolant des murs extérieurs et des éventuels murs intérieurs du grenier;
- Il doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du trapillon isolant des accès.
- Il doit être en contact avec l’isolant autour du conduit de cheminée.
- Les panneaux isolants ne peuvent être perforés pour la pose de conduite, etc.
- Les panneaux isolants doivent être protégés et manipulés avec précaution pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vanne thermostatique, série 2

Les affiches de Bénédicte, notre illustratrice préférée !

Les affiches ci-dessous (financées par la Région wallonne) peuvent être utilisées dans le cadre d’une campagne de sensibilisation que vous souhaiteriez réaliser dans votre bâtiment. Un plus grand format est accessible en cliquant sur les réductions ci-dessous. Il vous est possible de les imprimer directement sur votre imprimante.

Cet usage est limité à une utilisation interne à votre établissement. En aucun cas, une exploitation commerciale ne peut en être faite.

Pour tout autre usage, il vous est demandé de demander l’accord en envoyant un mail à energieplus@uclouvain.be.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer le rendu des couleurs

Lumière froide et lumière chaude.

Les grandeurs recommandées

Indice de rendu des couleurs (IRC ou Ra)

La norme EN 12464-1 précise l’indice de rendu des couleurs que doivent avoir les lampes en fonction du type de local et de la tâche visuelle exécutée. L’indice de rendu des couleurs dans les bureaux est, par exemple, fixé par la norme à une valeur de 80.

Données

Pour connaitre les spécifications complètes relatives à l’éclairage par type de bâtiment.

Température de couleur

La température de couleur définit l’apparence colorée d’un local. Son choix est une affaire de psychologie, d’esthétique et de ce qui est considéré comme naturel. Le choix dépendra du niveau d’éclairement (ou l’inverse), des couleurs du local et du mobilier, du climat environnant et de l’application. En climat chaud, une apparence de couleur de lumière plus froide est généralement préférée et vice versa. À ce niveau, la norme EN 12464-1 laisse le libre choix de la température de couleur.

En pratique, selon l’ambiance souhaitée, des valeurs sont néanmoins recommandées.

Contraste des couleurs

Dans certains cas, comme dans les salles de sport, il est important de pouvoir distinguer les différentes aires de jeu. Pour faciliter cette perception visuelle, un bon tracé des lignes de jeux ayant des facteurs de réflexion différents ou des couleurs bien contrastées est indispensable. Aucun éclairage, aussi bon soit-il, n’y suppléerait.

Les tracés de jeu doivent être très contrastés par rapport au sol qui est soit de couleur verte, soit d’une couleur désaturée (cas des parquets ou même des revêtements de sol brique par exemple). Ils devront donc être soit blanc ou rouge, jaune, bleu etc… (couleurs opposées au vert) et de couleur très vive (très saturée).

Comment évaluer sa situation ?

Le rendu des couleurs et la température de couleur dépend directement du type de lampe utilisé.

Généralement la température de couleur peut s’apprécier à l’œil nu.

De plus, ces grandeurs peuvent parfois être repérées sur la lampe ou dans le catalogue du fabricant.

Données

Pour connaitre les caractéristiques lumineuses des types de lampes : cliquez-ici !

Pour remédier à une situation d’inconfort :

Concevoir	Remplacer complètement les luminaires : choisir les lampes.
Améliorer	Remplacer uniquement les lampes.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les bureaux

Bureau individuel

Ces bureaux ont en général 5 à 7 m de profondeur et jouissent d’un éclairage naturel qui peut être abondant. Ils peuvent se passer d’éclairage artificiel durant un grand nombre d’heures.

Afin de limiter les problèmes d’éblouissement et de reflets sur les écrans d’ordinateur, il est conseillé de placer la table de travail perpendiculairement aux fenêtres. Vu que la plupart des luminaires actuels ont des angles de défilement bien contrôlés dans toutes les directions, ils pourront être placés en deux rangées perpendiculaires ou parallèles à la baie vitrée.

Comme l’apport d’éclairage naturel est généralement important, et bien que ces bureaux ne soient pas très profonds, il est intéressant de pouvoir commander les deux rangées de luminaires séparément l’une de l’autre afin de pouvoir dimmer le luminaire côté fenêtre.

Bureau de groupe

Un bureau de groupe est occupé par 5 à 10 personnes. Les places de travail peuvent être arrangées afin que les lignes de vision des personnes soient parallèles aux fenêtres et que la lumière naturelle provienne de leur gauche pour les droites et vice versa pour les gauchers. La position des places est donc souvent figée.

La distribution classique des luminaires en rangées parallèles à la fenêtre permet de tenir compte des apports de lumière naturelle (si la modulation des faux plafonds permet une telle répartition).

Une telle disposition des personnes et des luminaires peut paraître monotone mais elle a l’avantage de fournir une même qualité d’éclairement pour chacun sans nécessiter de dispositifs spéciaux contre l’éblouissement.

Bureau paysager

En général, c’est toute la largeur d’une aile d’un bâtiment qui est réservée à un bureau paysager.

Il bénéficie donc souvent d’éclairage naturel bilatéralement ou même trilatéralement. Cependant, leur profondeur et la présence de mobilier sont telles que certaines zones ne peuvent se passer d’éclairage artificiel.

Pour éviter la monotonie d’un tel espace, on peut éclairer différemment les zones de communication et les zones de travail.

Les zones de même activité seront regroupées et disposeront d’une commande d’éclairage spécifique.

Les luminaires peuvent également être gérés en groupes différents en fonction de l’apport d’éclairage naturel et d’un zonage d’activité.

Il est également important de veiller au confort psychologique en créant une zone de travail agréable et personnelle pour chaque individu en utilisant, par exemple, des luminaires d’appoint ponctuels.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’implantation de la zone froide [Concevoir – Cuisine collective]

Une part de l’énergie frigorifique va servir à refroidir (et donc assécher) l’air extérieur jusqu’à la température de consigne de la chambre froide.

Cette part d’énergie peut être élevée dans l’ensemble du bilan frigorifique si cet air est chaud et humide.
Ainsi, les portes des chambres froides doivent, autant que possible, être tenues à l’écart des zones chaudes et humides :

zone surtout chaude et parfois humide : la zone de cuisson,
zones surtout humide et parfois chaude : la zone de la laverie.

Si cela ne gêne pas l’utilisation, une zone-tampon ou un sas avec des portes va-et-vient peut être créé devant les portes des frigos pour disposer d’un espace qui aurait une température moyenne et une humidité relative plus basses.

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 8 h/jours. Il y a 10 interventions par heure; pendant chacune d’elle la porte est laissée ouverte pendant 10 secondes.

L’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 35°C, HR = 90 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 15,7 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 40,5 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Avec une meilleure implantation, l’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 22°C, HR = 50 %.

Avec cette utilisation, il y a un renouvellement de 12 volumes par jour. L’énergie nécessaire pour refroidir et assécher l’air par les ouvertures de portes est de 13,4 kWh par jour (pendant la période d’utilisation).

Soit une économie de (40,5 – 13,4) = 27,1 kWh/jour.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un prix moyen de 0,115 € du kWh, cela représente une économie de (27,1 [kWh] / 2,5) x 0,115 [€] x 260 [jours], soit 342 € par an pour une seule chambre froide.

À cela, il faut ajouter le gain d’énergie électrique pour les dégivrages (environ 6,3 kWh).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Objectifs et principes de la ventilation

Objectif et principe

L’activité d’une cuisine, par le fonctionnement des équipements, est source d’un certain nombre de nuisances.

Ces nuisances sont dues à plusieurs facteurs :

Le dégagement calorifique des équipements. L’asymétrie de rayonnement entre les appareils de cuisson et les parois environnantes, en est une conséquence et constitue une gêne supplémentaire.
La chaleur dégagée par les appareils est transmise à l’air. La chaleur se divise en une partie sensible et une partie latente (humidité). L’air chaud monte en entraînant avec lui humidité et graisses.
les dégagements gazeux et les odeurs qui peuvent entraîner un inconfort, voire des intoxications

L’objectif de la ventilation d’une cuisine collective est d’éliminer au mieux les agents de nuisance.

Mais attention, si la ventilation permet d’évacuer la chaleur qui se trouve dans l’air, elle ne peut cependant rien faire contre la chaleur rayonnante dégagée par les équipements.

Évaluer

Pour savoir quels sont, les critères de qualité de l’air dans une cuisine collective.

Parallèlement à l’évacuation de l’air chaud et pollué, il y a lieu d’éviter une consommation excessive de chauffage, des courants d’air désagréables et un assèchement de l’air trop important.

Le traitement de l’air comporte deux fonctions :

Capter, filtrer et extraire l’air vicié pour l’évacuer vers l’extérieur,
introduire, traiter et diffuser l’air neuf dans les différents locaux.

C’est le premier point, à savoir l’extraction au-dessus des appareils de cuisson et des lave-vaisselle au moyen d’un appareil spécifique (hotte ou plafond filtrant) qui constitue la spécificité de la ventilation des cuisines. La diffusion d’air neuf et la ventilation des locaux annexes se font, elles, avec des principes et des équipements tout à fait identiques à ceux de la ventilation en général.

Concevoir

Si vous voulez en savoir plus sur le choix de la ventilation en général.

Règles de bonne pratique

Il faut établir les pressions relatives entre les locaux de manière à respecter l’hygiène : dans les locaux qui dégagent des odeurs ou beaucoup d’humidité (local de cuisson, laverie vaisselle, local des ordures et sanitaires), l’air doit être extrait. Il en est de même de tous les locaux « à denrées sales ». Exemple : légumerie (s’il s’agit du local où les légumes sont en attente de préparation ou du local où les légumes sont nettoyés) . Dans les locaux dits « propres », de l’air neuf est introduit.
Au niveau de la ventilation, la cuisine doit être considérée comme une zone à part entière. Ce qui signifie que la ventilation de l’ensemble des locaux de la cuisine est réalisée indépendamment du reste du bâtiment. Il faut y « équilibrer » les pulsions et les extractions d’air. Néanmoins, il faut empêcher la propagation des polluants de l’ensemble des locaux-cuisines vers les autres locaux du bâtiment.

Or, en général la mitoyenneté entre les locaux de la cuisine et le reste du bâtiment se fait au niveau du restaurant.
Soit la ventilation du restaurant est traitée avec l’ensemble des autres locaux-cuisines (système avec transfert), soit le restaurant dispose d’un système indépendant de ventilation.
Dans le premier cas, l’ensemble des locaux-cuisines (restaurant compris) doit être en dépression par rapport au reste du bâtiment. Ce qui signifie que l’ensemble des débits extraits doivent être supérieurs à l’ensemble des débits introduits (ex : débits introduits = 90 % des débits extraits).
Dans le second cas, l’ensemble des locaux-cuisines (restaurant non compris) doit être en dépression (ex : débits introduits = 90 % des débits extraits) de manière à ce que les odeurs de la cuisson ne se propagent pas dans le restaurant. De plus, le restaurant doit être en légère surpression vis-à-vis de la cuisine et en dépression par rapport au reste du bâtiment. (ex. : débits introduits = 95 % des débits extraits).
La zone de cuisson et la laverie vaisselle nécessite des moyens d’extraction mécaniques spécifiques tels que hottes ou plafonds filtrants. La ventilation hygiénique peut être assurée soit par la plus petite vitesse de la hotte, soit par un système séparé.
Les bilans sont d’abord faits pour un fonctionnement à pleine charge de la cuisine. Ensuite on regarde si on peut l’adapter, au moyen de plusieurs vitesses par exemple, dans d’autres circonstances.
Trois systèmes de base sont possibles:

Le système indépendant

Chaque local possède son extraction et son introduction d’air.

Le système avec transfert

L’air est extrait dans les locaux « sales » et introduit dans les autres locaux avec grilles de transfert entre les locaux.

Le système avec transfert

Le système avec transfert et amenée ou extraction d’air complémentaire.

Ce troisième système combine les deux précédents : l’air est extrait dans les locaux « sales » et introduit dans les autres locaux avec grilles de transfert entre les locaux. Chaque local dont le débit risque, à un moment donné de la journée, de ne pas être équilibré par les débits des autres locaux de la cuisine, dispose en plus d’une amenée ou d’une extraction d’air complémentaire.

Il permet donc d’équilibrer les débits à tout moments de la journée.

Chacun de ces systèmes peut être réalisé avec un système à simple flux (extraction mécanique et pulsion naturelle) ou à double flux.

On peut combiner ces trois systèmes au niveau d’une seule cuisine : on peut avoir une partie des locaux avec transfert et d’autres locaux avec des systèmes indépendants.

Exemple.

On peut considérer l’ensemble des « petits » locaux dont la ventilation est nécessaire en permanence et y implanter un système avec transfert (ex. : local des ordures (extraction), les réserves de légumes (extraction), le local des pommes-de-terre (extraction), etc. À partir des différents débits nécessaires, on regarde s’il y a équilibre entre pulsion et extraction; dans le cas contraire, on peut pulser ou extraire le complément dans les couloirs, zones de circulation, zones de travail ouvertes, etc.

Pour les locaux utilisés temporairement (ex. : local de cuisson, restaurant, laverie, préparation froide, bureau du chef-coq, etc.), on peut leur donner des systèmes de ventilation indépendants. On peut aussi leur donner un (des) système(s) avec transfert. Dans ce cas, soit les locaux fonctionnent toujours ensemble, soit, lorsqu’un local n’est pas utilisé, une extraction ou pulsion complémentaires assure l’équilibre.

Par exemple, lorsque le restaurant peut, servir de cafétéria, et qu’il ne fonctionne donc pas en même temps que la cuisine, il vaut mieux prévoir deux systèmes indépendants.

Bref, chaque cuisine est à étudier spécifiquement. Les processus de préparation et de distribution des repas sont analysés avant de concevoir la ventilation. Celle-ci tiendra compte, de la disposition des différents locaux, des horaires et des différents débits correspondant aux locaux.

Évaluer

Pour un autre exemple (conception de la ventilation d’une cuisine d’école).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Puissance électrique dans les cuisines collectives

Puissance électrique des appareils « gros consommateurs »

Les valeurs ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant.

Appareillage	Caractéristiques	Puissance électrique (kW)
Cuisson
Marmites	40 litres	10 kW
	60 litres	15 kW
	80 litres	18 kW
	100 litres	18 kW
	150 litres	25 kW
	250 litres	30 kW
	300 litres	35 kW
Sauteuses	600 x 600 mm	11 kW
	800 x 600 mm	15 kW
	900 x 600 mm	18,5 kW
Friteuses	1 bac 8 L utile	7,5 kW
	2 bacs 8 L utile	15 kW
	1 bac 16 L utile	15 kW
	1 bac 47 L utile	38 kW
Grillades	450 x 600 mm	7 kW
Fourneaux	2 taques	5 kW
	4 taques	11,5 kW
	6 taques	21,5 kW
	four sans taque	5 kW
Fourneau Taque vitrocéramique	2 taques	8 kW
	4 taques	16 kW
	4 taques + four	21 kW
Bain marie	G/N 1/1 (305 x 510 mm)	1,5 kW
Bain marie	G/N 2/2 (630 x 510 mm)	3 kW
Four mixte air chaud/vapeur	6 G/N 1/1	10 kW
	10 GN 1/1	19 kW
	20 G/N 1/1	36 kW
	20 GN 2/1	73 kW
Four à vapeur sous pression	3 GN 1/1	15 kW
Four micro-ondes	40 litres	1 kW
Salamandre	Dimensions utiles
	600 x 350 mm	4 kW
	330 x 350 mm	2 kW
Salamandre + grill	Dimensions utiles
	600 x 350 mm	8 kW
	330 x 350 mm	4 kW
Froid
Cellule de réfrigération rapide	Capacité par cycle
	10 kg	1,5 kW
	25 kg	2 kW
	60 kg	3 kW
Laverie
Machine à laver industrielle à chargement frontal	8 paniers/h (alim. EF)	2 kW
Machine à laver industrielle à chargement frontal	20 paniers/h (alim. EF)	5 kW
Machine à laver à capot	25 paniers/h (alim. EF)	5,5 kW
	50 paniers/h (alim. EF)	13 kW
	50 paniers/h (alim. EC)	10 kW
	75 paniers/h (alim. EF)	17 kW
	75 paniers/h (alim. EC)	12 kW
Machine à laver à paniers à avancement automatique	75 paniers/h (alim. EF)	35 kW
	75 paniers/h (alim. EC)	21 kW
	100 paniers/h (alim. EF)	37 kW
	100 paniers/h (alim. EC)	23 kW
	120 paniers/h (alim. EF)	48 kW
	120 paniers/h (alim. EC)	29 kW
	150 paniers/h (alim. EF)	57 kW
	150 paniers/h (alim. EC)	37 kW
	200 paniers/h (alim. EF)	70 kW
	200 paniers/h (alim. EC)	50 kW
Machine à laver à convoyeur	2 000 assiettes/h (alim. EF)	42 kW
	2 000 assiettes/h (alim. EC)	33 kW
	2 500 assiettes/h (alim. EF)	52 kW
	2 500 assiettes/h (alim. EC)	35 kW
	5 000 assiettes/h (alim. EF)	83 kW
	5 000 assiettes/h (alim. EC)	57 kW
	7 000 assiettes/h (alim. EF)	115 kW
	7 000 assiettes/h (alim. EC)	80 kW
Machine à laver les ustensiles	8 GN1/1 ou 4 GN2/1	20 kW
Machine à laver les plateaux	750 plateaux/h	15 kW
	1 200 plateaux/h	20 kW
	2 000 plateaux/h	24 kW
Machines à laver les verres	1 200 verres/h	3 kW

Facteurs de simultanéité

Les valeurs ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant.

Type de cuisine	Petite cuisine		Cuisine moyenne		Grande cuisine
Type de cuisine	Nombre de repas	Coefficient de simultanéité	Nombre de repas	Coefficient de simultanéité	Nombre de repas	Coefficient de simultanéité
Cuisine resto entreprise	< 150	0,8	< 500	0,7 – 0,5	> 500	0,7 – 0,5
Cuisine resto direction
Cuisine resto étudiants
Cuisine d’hôpital	< 250	0,8	< 650	0,7 – 0,5	> 650	0,7 – 0,5
Home	< 100	0,9	< 250	0,7 – 0,5	> 250	0,7 – 0,5
Cuisine de finition	< 50	0,9	< 400	0,7 – 0,5	> 400	0,7 – 0,5

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Toiture inclinée : fonctions des composants

Fonctions des composants de la toiture inclinée

Pour remplir son triple rôle – protection / confort / économie -, la toiture doit être constituée, outre la charpente, des 6 couches suivantes :

Les composants de la toiture inclinée

Fonctions principales des composants (de l’extérieur vers l’intérieur) .

1. La couverture

Arrête l’eau et l’évacue vers la gouttière.

2. La sous-toiture

Évacue vers l’extérieur l’eau infiltrée accidentellement.
Évacue l’eau qui s’est condensée sur la face interne de la couverture suite au sur-refroidissement.
Permet de renforcer la résistance thermique du toit en limitant les courants de convection.

Remarques.

Les contre-lattes écartent les lattes de la sous-toiture et ainsi empêchent l’eau de stagner sur celle-ci.

Pour être efficace, la sous-toiture doit aboutir à l’extérieur du bâtiment dans la gouttière, par exemple.

3. L’isolant thermique

Diminue le flux de chaleur qui traverse la toiture.

4. L’écran étanche à la vapeur et à l’air

Empêche les fuites d’air de l’intérieur vers l’extérieur et les infiltrations d’air extérieur.
Arrête la migration de vapeur contenue dans l’air intérieur.

Remarque : si un pare-vapeur résiste au passage de la vapeur, il résiste à fortiori au passage de l’air.

5. L’espace technique éventuel

Permet le passage des conduites sans endommager l’écran étanche à la vapeur.

6. La finition intérieure.

Constitue la peau intérieure de la paroi.
Ferme l’espace technique éventuel entre elle et l’écran pare-vapeur.
s’il n’y a pas de pare-vapeur, elle doit être étanche à l’air.

Remarque : parmi les couches citées ci-dessus, certaines peuvent être réunies en un seul composant.

Distance des différentes couches les unes par rapport aux autres :

Si l’ordre des différentes couches est toujours le même, par contre les espaces entre elles peuvent varier.

L’ordre des couches est invariable :

Couverture
Couche isolante
Pare-vapeur
Vide technique
Finition intérieure
Espaces vides dans la toiture
Espace protégé

L’espace entre elles peut varier.

Les vides, s’ils ne sont pas accessibles, ne doivent pas être ventilés.

Vérification de l’objectif de protection

La toiture doit protéger les habitants et se protéger elle-même des intempéries et des agresseurs extérieurs :

La toiture doit :	Càd. :	Composant assurant cette fonction :
Résister à son poids propre, au vent, au poids de la neige, etc.	Réaliser une structure stable fixée au gros œuvre.	CHARPENTE
Protéger les habitants des intempéries.	Respecter les pentes adaptées aux matériaux choisis.	CHARPENTE
	Stopper l’eau et l’évacuer vers l’extérieur.	COUVERTURE (+ gouttières et descentes d’eaux)
	Évacue l’eau infiltrée accidentellement vers l’extérieur.	SOUS-TOITURE
Protéger les habitants du vent.	Rendre étanche l’enveloppe à l’air extérieur.	SOUS-TOITURE
Protéger les habitants du vent.	Rendre étanche l’enveloppe à l’air extérieur.	FINITION INTÉRIEURE ( = écran étanche à l’air)
Protéger les habitants contre les insectes, oiseaux, rongeurs, etc.	Colmater les entrées possibles.	GRILLAGES
Se protéger elle-même d’un agresseur sournois : la vapeur d’eau.	Rendre étanche à la vapeur d’eau la face de la toiture en contact avec l’ambiance intérieure.	PARE-VAPEUR

		OK !

Vérification de l’objectif de confort

La toiture doit procurer aux habitants une sensation de confort thermique (combles habitables) :

La toiture doit :	Càd. :		Composant assurant cette fonction :
Protéger les habitants du froid extérieur en hiver et de l’excès de chaleur extérieure en été.	Diminuer les flux de chaleur qui traverse l’enveloppe.		ISOLANT THERMIQUE
	Maintenir la température des parois à un niveau qui évite les rayonnements inconfortables.		ISOLANT THERMIQUE
	Empêcher les fuites d’air chaud par les interstices.		FINITION INTÉRIEURE ( = écran étanche à l’air)
Empêcher les courants d’air froid extérieur.	Rendre la toiture étanche à l’air extérieur.		FINITION INTÉRIEURE ( = écran étanche à l’air)
Empêcher les courants d’air froid extérieur.	Rendre la toiture étanche à l’air extérieur.		SOUS-TOITURE
		Recherche d’un compromis !
On doit pouvoir aérer les locaux.	Renouveler l’air intérieur par de l’air frais extérieur.		VENTILATION (ex. : fenêtres de toiture)

			OK !

Vérification de l’objectif d’économie

La toiture doit favoriser les économies d’énergie :

La toiture doit :	Càd. :	Composant assurant cette fonction :
Réduire la consommation d’énergie nécessaire au maintien à bonne température de l’espace sous la toiture	Réduire le flux de chaleur qui traverse l’enveloppe.	ISOLANT THERMIQUE
	Empêcher les fuites d’air chaud par les interstices.	FINITION INTÉRIEURE ( = écran étanche à l’air)
	Limiter les pertes de chaleur par renouvellement d’air.	VENTILATION (ex. : fenêtres de toiture)

		OK !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le vitrage

La performance énergétique et lumineuse du vitrage

Un vaste choix de vitrages sur le marché

La technologie des vitrages est variée :

Comment sélectionner les performances adéquates pour un bâtiment donné ? C’est ce que nous allons tenter de réaliser ci-dessous.
Le premier rôle d’une baie vitrée est :

D’assurer le confort visuel et thermique des occupants.
De gérer les apports solaires en toute saison en optimisant l’énergie disponible.

De ce point de vue, les vitrages sont caractérisés par 3 facteurs :

Facteur lumineux : le coefficient de transmission lumineuse « TL »
Facteur thermique : le coefficient de transmission thermique « U »
Facteur énergétique vis-à-vis du soleil : le facteur solaire « FS »

Les interactions entre les facteurs :

A première vue, plus le facteur solaire d’un vitrage est bas, plus il est opaque au rayonnement solaire et donc moins il est transparent à la lumière. Lorsque le facteur solaire diminue, le coefficient de transmission lumineuse devrait diminuer lui aussi.

Mais en réalité,

le rayonnement solaire est composé pour moitié de lumière et pour moitié de rayonnement infrarouge,
dans le local, la lumière se transforme en chaleur,
le rayonnement infrarouge apporte, lui, seulement de la chaleur.

Aussi, avec des filtres spécifiques, on peut donc diminuer le passage du rayonnement infrarouge sans freiner le passage de la lumière. Le FS diminuera, mais le FL restera presque intact. Avec une limite : il y a un moment où on aura arrêté tout le rayonnement infrarouge et où, pour diminuer encore l’apport de chaleur, il faudra diminuer l’apport de lumière en parallèle.

Pour connaître les caractéristiques énergétiques et lumineuses des différents types de vitrages, cliquez ici !

Par contre, le fait de rendre un vitrage moins perméable au rayonnement solaire (c’est-à-dire diminuer son facteur solaire et parfois sa transmission lumineuse), n’a pas de conséquence sur la valeur de son coefficient de transmission thermique U.

> Pour connaître les caractéristiques thermiques des différents types de vitrages, cliquez ici !

Le dilemme : facteur solaire – transmission lumineuse

Les souhaits de l’utilisateur varient selon les périodes de l’année et sont contradictoires. En effet :

En hiver, il désire maximiser les gains solaires, et donc avoir une transparence maximale au rayonnement solaire (TL et FS élevés).

En été, il désire limiter au maximum les gains de chaleur (FS faible) qui sont la cause de surchauffe, tout en assurant un éclairage suffisant des locaux (TL élevé).

Le graphique ci-dessous montre les différentes combinaisons possibles des valeurs TL et FS des vitrages.

La zone supérieure grise :
Correspond aux combinaisons de TL et FS qu’il n’est pas possible d’atteindre, le facteur solaire n’étant jamais inférieur à la moitié de la transmission lumineuse.

La zone inférieure grise :
Correspond aux combinaisons qui présentent peu d’intérêt, le facteur solaire FS étant élevé (apports énergétiques importants) et transmission lumineuse TL faible (peu d’apports lumineux).

La zone centrale claire :
Correspond aux caractéristiques qu’il est théoriquement possible de réaliser, certaines zones présentant plus d’intérêt selon les périodes de l’année.

Par leur facteur solaire faible, certains vitrages empêchent, par réflexion ou absorption, la chaleur solaire de pénétrer dans le bâtiment, et conviennent donc bien pour les bâtiments où les gains solaires sont à minimiser (c’est à dire, les bâtiments fortement exposés ou les bâtiments aux gains internes importants). Ils rejettent malheureusement en même temps la lumière, entraînant une transmission lumineuse généralement très faible.

De plus, les vitrages absorbants sont teintés dans la masse. Ceux de couleur bleue claire ou verte, ont un coefficient de transmission lumineuse plus élevé que les vitrages teintés traditionnels de couleur bronze ou grise mais ont un facteur solaire moins élevé que ces derniers.

Les vitrages absorbants sont moins efficaces contre le rayonnement solaire que les verres réfléchissants, c’est pourquoi ils ne sont pratiquement plus utilisés à l’heure actuelle.

Quel coefficient de transmission lumineuse choisir ?

Plus le facteur de lumière du jour est élevé, plus le temps d’utilisation des locaux avec la lumière naturelle est élevé, limitant ainsi la consommation d’éclairage artificiel.

Les valeurs nécessaires varient d’un cas à l’autre : de nombreux facteurs interviennent tels la profondeur du local, le pourcentage de surface vitrée, l’orientation du local…. Le graphique ci-dessous illustre l’influence du coefficient de transmission lumineuse sur la consommation d’éclairage artificiel pour une façade vitrée à 50 %, en fonction de l’orientation du bâtiment.

On constate que :

Plus le coefficient de transmission lumineuse augmente, moins on consomme d’éclairage artificiel.
Les locaux situés au Nord nécessiteront toujours plus d’éclairage artificiel que respectivement l’Est, l’Ouest et le Sud.

On peut quantifier l’apport de lumière naturelle dans un local par le facteur de lumière du jour (FLJ). Exprimé en %, il exprime le rapport entre l’éclairement intérieur sur le plan de travail dans le local, et l’éclairement extérieur sur le plan horizontal, en site dégagé, par ciel couvert.

Un objectif raisonnable est d’arriver à un temps d’utilisation de l’éclairage naturel d’au moins 60 %. Ceci entraîne un facteur de lumière du jour de 2,5 (exigence de 300 lux) à 4 % (exigence de 500 lux) dans les locaux de vie, et de 1,5 % dans les circulations et sanitaires (exigence de 100 lux).

Quel facteur solaire choisir ?

Le choix du facteur solaire minimum à rechercher est fonction de chaque cas (surface vitrée, orientation, …). Il n’est donc pas possible de citer un chiffre unique. C’est une simulation thermique qui peut optimaliser ce choix.

Fixons un ordre de grandeur par un exemple.

Objectif : éviter la climatisation du local.

Dans les immeubles de bureaux, on peut estimer qu’un refroidissement devient nécessaire en été lorsque la somme des apports internes et externes atteint 60 W/m² au sol du local. Si on estime d’une manière générale les apports internes d’un bureau moyennement équipé comme suit : un ordinateur (+ 150 W/ordinateur), une personne (70 W/pers.), l’éclairage (10 W/m²) et 1 personne/13 m² au sol, les apports internes totalisent 27 W/m². Pour éviter le recours à la climatisation, il est donc nécessaire de limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

Apports thermiques

Le tableau suivant représente pour une journée ensoleillée du mois de juillet, la puissance énergétique maximum due à l’ensoleillement, réellement transmise à l’ambiance d’un local de 30 m² au sol, en fonction de l’inertie du bâtiment. La fenêtre du local est équipée d’un double vitrage clair (de 6 m², soit 4 m x 1,5 m) orienté respectivement à l’est, au sud et à l’ouest.

–	Bâtiment lourd		Bâtiment moyen		Bâtiment léger
Est	245	49	267	53	351	70
Sud	198	40	210	42	252	50
Ouest	250	50	263	53	356	71
–	W/m² de vitrage	W/m² au sol	W/m² de vitrage	W/m² au sol	W/m² de vitrage	W/m² au sol

Facteur solaire recommandé

–	Bâtiment lourd	Bâtiment moyen	Bâtiment léger
Est	0.51	0.47	0.36
Sud	0.63	0.60	0.50
Ouest	0.50	0.47	0.35
–	FS	FS	FS

Facteur solaire minimum de l’ensemble vitrage + protection nécessaire
pour limiter les apports solaires à 33 W/m² au sol.

On peut donc préconiser un vitrage dont le facteur solaire est limité à 40 %, tout en atteignant une transmission lumineuse de 70 %.

Contrôle solaire … oui, mais il faut savoir que :

La réflexion ou absorption solaire au moyen de vitrage à contrôle solaire est constante et définitive. Aucune adaptation n’est possible en fonction de l’ensoleillement, contrairement aux protections solaires mobiles sous forme de stores, intérieurs ou extérieurs.

Mais, le choix du confort thermique ne doit pas se faire exagérément au détriment du confort lumineux. Sous nos latitudes, la probabilité d’ensoleillement est inférieure à 20 % en hiver (moins d’un jour sur cinq) et à 50 % en été (moins de un jour sur deux). Un vitrage très efficace contre le rayonnement solaire en été est inconciliable avec la valorisation de l’éclairage naturel en absence d’ensoleillement et des apports énergétiques gratuits en hiver. Sauf exception (locaux informatiques où il faut gérer la surchauffe et l’éblouissement), certains vitrages trop absorbants ou réfléchissants seront écartés dans nos régions à climat variable.
Conscients de ce problème, les fabricants de vitrages ont développé des nouveaux vitrages présentant une protection contre l’énergie solaire correcte (FS = 0,40) et une transmission lumineuse qui se rapproche de celle des doubles vitrages clairs (TL = 0,70).

Plus un verre absorbe ou réfléchit le rayonnement solaire, plus il a tendance à s’échauffer. Il est ainsi exposé à la casse thermique. Des précautions sont à prendre pour éviter l’échauffement de ces types de verres.

Le coefficient de transmission thermique « U »

Un simple vitrage a un coefficient U de 5,8 W/m²K. On améliore son pouvoir isolant, c’est à dire on diminue son coefficient de transmission thermique U, par les interventions suivantes :

Type d’amélioration	Type de vitrage		Coefficient U [W/m²K]
Insertion de lames d’air entre des couches de verre.	Le double vitrage	Le triple vitrage	U = 2,8	U = 1,9
Action sur les caractéristiques de la surface du verre.	Le double vitrage basse émissivité (= à haut rendement )		U = 1,6
Remplacement de l’air entre les couches de verre par un mélange gazeux plus isolant.	Le double vitrage basse émissivité avec gaz (argon, krypton, …)		U = 1,1 à 1,3

Le facteur coût intervient dans le choix du vitrage, mais un vitrage bien isolé permet de réaliser des économies d’énergie. En première approximation, le supplément de prix au m² est rentabilisé en 6 ans.

Au départ, consommation annuelle d’1 m² de simple vitrage :

= 6 W/m².K [coefficient de déperdition du vitrage] x (15 – 6) [delta de température moyenne intérieure et extérieure] x 5 800 h [nombre d’heures de chauffe] / 0,8 [rendement du système de chauffe (on évalue une consommation et non un besoin)] = 400 kWh/m² = l’équivalent de 4 seaux de fuel/m².an !

Consommation annuelle d’1 m² de double vitrage basse émissivité :

= 1,1 W/m².K x (15 – 6)

x 5 800 h / 0,8 = 72 kWh/m²

Rentabilité du remplacement d’un châssis simple vitrage ?

Économie : 328 kWh/m² = 33 litres fuel
Pour un fuel à 0,8€/l, cela revient à 26,4€/m².an
Investissement : 300 €/m²
Temps de retour : 300 € / 26,4 € /an = 11 ans…

C’est donc souvent le confort amené qui justifie le remplacement du simple vitrage.

En pratique

Le simple vitrage n’est plus utilisé. En construction neuve comme en rénovation, la réglementation impose pour les fenêtres un U_fenêtre maximum, ce qui implique l’utilisation du double vitrage basse émissivité (dénommé aussi « vitrage à haut rendement HR »).

Sans hésiter et dans tous les cas, nous recommandons le choix d’un plus faible coefficient de transmission thermique pour limiter les pertes en hiver. Cette limitation est nettement plus importante que la limitation du refroidissement du bâtiment en été, car la période d’été est plus courte et le delta T°Int-ext est nettement plus faible.

Le triple vitrage est de plus en plus utilisé (surtout pour le résidentiel). C’est un vitrage d’épaisseur et de poids importants, s’adaptant à des menuiseries spécifiques.

Interaction entre U et FS ?

Le coefficient de transmission thermique U est peu influencé par les caractéristiques d’absorption ou de réflexion d’énergie. Le facteur solaire FS et le coefficient de transmission lumineuse TL sont indépendants de U.

Les couches à basse émissivité peuvent donc être combinées avec les couches de contrôle solaire réfléchissantes. Il s’agit alors de vitrages combinant les deux effets d’isolation et de contrôle solaire avec les contraintes visuelles que cela entraîne.
Remarques.

La performance d’un simple vitrage n’est pratiquement pas améliorée par son épaisseur.

Rien ne sert d’améliorer les performances isolantes d’un vitrage si les performances du châssis ou du raccord châssis-mur ne sont pas équivalentes et compatibles avec celles du vitrage. En effet, le calcul du coefficient de transmission thermique d’une fenêtre (U_fen) tiendra compte du coefficient de transmission thermique U du vitrage (U_v), du châssis (U_ch) et des effets de bords.

Théories

Pour évaluer le coefficient de transmission thermique U d’une fenêtre, cliquez ici !

Première synthèse

	Économie énergie	Confort visuel et thermique
… plus le vitrage laisse passer de la lumière, c’est à dire plus son facteur .de transmission lumineuse TL est grand.	moins grande est la consommation d’éclairage électrique.	plus l’éclairage est naturel et le contact visuel avec l’extérieur agréable. mais par contre, plus grand sont les risques d’éblouissement si aucun dispositif de protection solaire n’est prévu.
… plus le vitrage est isolant, c’est à dire plus son coefficient de déperdition thermique U est bas.	plus les déperditions thermiques seront réduites à travers sa surface en hiver. plus le vitrage est chaud sur sa face intérieure et donc moins la température de l’air intérieur doit être élevé pour assurer le confort en hiver.	plus la surface intérieure du verre est chaude et plus les risques de condensation de surface sont réduits. plus le confort thermique dans le local est grand en hiver.
… mieux le vitrage contrôle le rayonnement solaire entrant, c’est-à-dire plus son facteur solaire est petit.	plus les frais de conditionnement d’air en été sont réduits. mais, par contre, moins les apports d’énergie gratuite en hiver sont importants.	plus les risques de surchauffe du à l’effet de serre sont diminués. moins la lumière naturelle pénètre dans le local.

Choix du vitrage en fonction des caractéristiques du bâtiment

Démarche pour le choix

Lors du choix d’un vitrage, les paramètres déterminants seront :

l’orientation du bâtiment,
l’implantation du bâtiment,
les gains internes,
la climatisation éventuelle des locaux,
le pourcentage de surface vitrée,
la taille du local et la photométrie des parois.

L’orientation du bâtiment

Si la performance thermique doit être élevée pour toutes les façades, les besoins en contrôle solaire et lumineux varient suivant l’orientation.

Idéalement, il est conseillé de changer de vitrage à chaque orientation si l’aspect financier et esthétique n’est pas un problème pour le constructeur, mais ce n’est pas souvent le cas. Aussi il est plus intéressant :

De déterminer la famille de vitrage la plus performante pour le bâtiment plutôt que le vitrage lui-même, pour avoir une certaine marge de manœuvre.

De choisir ensuite dans cette famille, le vitrage le plus polyvalent possible pour ne pas multiplier les vitrages différents.

Pour raisonner plus avant dans ce domaine, on peut avoir 2 hypothèses en tête :

Soit le bâtiment est mal isolé ou présente peu d’apports internes (hébergement au sens large) : le chauffage du bâtiment se fait tout au long de la journée et les apports solaires sont les bienvenus.

Soit le bâtiment est bien isolé ou présente des apports internes élevés (bureaux au sens large) : le chauffage du matin permet de remettre le bâtiment en température après l’arrêt de la nuit et dès l’arrivée des occupants, les apports internes suffisent pour maintenir la consigne intérieure. Tout apport solaire supplémentaire génèrera de la surchauffe.

… au Nord

Les pièces orientées au nord bénéficient toute l’année d’une lumière égale et du rayonnement solaire diffus. Par contre, ce sont celles où les gains solaires sont les plus appréciés.

… à l’Est et à l’Ouest

Les pièces orientées à l’Est profitent du soleil le matin ce qui, en hiver, permet d’apporter des gains solaires bénéfiques au chauffage en matinée, dans le secteur « hébergement ».

Une orientation Ouest aura tendance à induire davantage des surchauffes. En effet, les vitrages tournés vers l’Ouest apportent des gains solaires l’après-midi, au moment où le bâtiment est depuis longtemps en régime.

Dans les 2 cas, le rayonnement solaire est difficile à maîtriser car les rayons sont bas sur l’horizon entraînant des risques d’éblouissement élevés.

Si on veut un contrôle variant en fonction des conditions climatiques, il faut idéalement :

Utiliser des protections solaires mobiles associées à un vitrage isolant (à basse émissivité),
À l’avenir, utiliser des vitrages à propriétés variables.

À défaut, un vitrage relativement réfléchissant sera nécessaire, d’autant plus réfléchissant que le pourcentage de surface vitrée est élevé.

Mais, un vitrage trop réfléchissant va augmenter les consommations en hiver, surtout si les gains internes sont faibles… De plus, il ne parviendra jamais à empêcher entièrement l’éblouissement.

… au Sud

Une orientation sud entraîne un éclairement important. Mais, les pièces orientées au sud bénéficient d’une lumière plus facile à contrôler. En effet, en hiver, le soleil bas pénètre profondément dans le bâtiment, tandis qu’en été, la hauteur solaire est plus élevée, de sorte qu’une protection extérieure (tel un auvent fixe.). simple permet de diminuer efficacement les gains solaires en été et empêche le rayonnement direct dans les yeux de l’utilisateur.
En été, les apports solaires sur une surface verticale sont également nettement inférieurs au Sud qu’à l’Est ou à l’Ouest car ils sont diminués par un facteur égal au cosinus de l’angle d’incidence.

L’implantation : présence de masque solaire

Les choix dépendront de la présence d’un masque solaire éventuellement créé par les bâtiments voisins ou des végétations.

Puisque ceux-ci assurent une protection contre l’ensoleillement direct, ainsi on choisira des vitrages possédant un FS et FL élevé, de façon à obtenir un maximum de gains lumineux et énergétiques de types indirects.

Les gains internes

Dans un bâtiment tertiaire conforme à la réglementation thermique en matière d’isolation et disposant d’apports internes normaux pour des bureaux (> 25 W/m²), il n’y a pas intérêt à capter l’énergie solaire pour diminuer les besoins de chauffage.
Cela signifie que, entre deux vitrages, on aura tendance à choisir celui avec le facteur solaire le plus bas.

Plus les gains internes seront élevés, plus on cherchera à limiter les apports externes pour éviter les surchauffes : par un vitrage performant ou par une protection solaire adéquate.

La climatisation éventuelle des locaux

La motivation peut différer si le local est équipé d’un système de refroidissement ou non.

Lorsqu’un local tertiaire n’est pas équipé de système de refroidissement ou de ventilation nocturne, et est soumis à une forte exposition solaire, la limitation du risque de surchauffe entraînera un choix de vitrage avec contrôle solaire efficace : choix d’un vitrage à faible FS, ou protection solaire interne ou externe. Cette nécessité sera d’autant plus importante que l’inertie du bâtiment est faible. Le critère qui consiste à ne pas dépasser un apport (interne + externe) de 50 à 60 W/m² au sol est parfois utilisé.

Par contre, lorsqu’un local est équipé d’un système de refroidissement mécanique, le risque de surchauffe n’existe plus. Le choix d’un faible facteur solaire est motivé par la limitation de la consommation de la climatisation. Or, si le bâtiment est équipé d’une gestion de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle (dimming), le gain sur l’éclairage artificiel est double (gain sur la consommation des lampes et sur la consommation de la machine frigorifique qui ne doit plus évacuer la chaleur correspondante). Dès lors, on aura tendance, dans des limites raisonnables, à privilégier un vitrage favorisant l’apport de lumière et de ce fait … plus perméable à la chaleur. Le vitrage qui présente un FS de 40 % et un TL de 70%, est un excellent point de départ. C’est par simulation informatique que l’on peut alors optimiser le pourcentage de vitrage en façade.

Le pourcentage de surface vitrée dans le local

Le critère thermique impose une limitation des surfaces vitrées dans les façades d’un bâtiment tertiaire, quelle que soit leur orientation.

Le pourcentage de vitrage à choisir est essentiellement fonction des besoins d’éclairage naturel et de convivialité recherchée dans le bâtiment. C’est donc dès la conception du bâtiment qu’on traitera les fenêtres comme capteur de lumière et de chaleur en tenant compte de l’orientation, de l’occupation et des besoins lumineux et énergétiques propres au local

Une réglementation thermique française, prescrivait une règle concernant la valeur minimale de facteur solaire à atteindre en fonction du pourcentage de surface vitrée :

Le pourcentage de surface vitrée x le facteur solaire de la baie (vitrage + ombrage) < 0,35 (*)

(*) valeur d’application dans le Nord de la France.

Il s’agit de la performance minimale à atteindre pour respecter la Réglementation. Bien sûr, un facteur solaire inférieur est préférable.

Concrètement, cela signifie que :

Pour un local dont le vitrage va du sol au plafond (pourcentage de vitrage en façade est de 100 %), un facteur solaire minimal de 35 % est exigé.
Si aucune protection solaire de type stores, mobiles ou fixes n’est prévue, ceci correspond au minimum aux performances atteintes par un vitrage contre le rayonnement infrarouge absorbant (E) de basse émissivité (6/12argon/6) dont le facteur solaire vaut 36 %.

Pour un local dont le pourcentage de vitrage en façade est de 50 %, un facteur solaire minimal de 70 % est exigé.
Si aucune protection solaire n’est prévue, ceci correspond au minimum à la performance atteinte par un vitrage dont le facteur solaire vaut 70 %.
Il est à remarquer que ces conditions sont presque atteintes par un vitrage double ordinaire dont le facteur solaire est de 75 %.

La taille du local et la photométrie des parois

Il est évident qu’en cas de locaux profonds ou aux parois sombres, on donnera la priorité à un vitrage assurant une transmission lumineuse importante. Il en va de la qualité architecturale du projet.

Plus d’infos ?

Concevoir	Pour plus d’infos concernant le choix de la fenêtre comme capteur d’énergie, cliquez ici !
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Le niveau et le type de bruit dont on doit s’isoler

Le choix du vitrage devra s’effectuer en fonction du niveau sonore maximal intérieur acceptable selon l’occupation du local (en terme de confort acoustique), du type et du niveau de bruit extérieur dont on doit s’isoler.

La capacité d’un vitrage à empêcher la transmission des sons aériens provenant de l’extérieur est évaluée par son indice d’affaiblissement acoustique pondéré appelé Rw (dB)

Quel facteur d’affaiblissement acoustique choisir ?

Le type et le niveau de bruit sont fonction de l’environnement dans lequel se trouve implanté le bâtiment.

Selon le contexte urbanistique, on peut évaluer le niveau de l’ambiance sonore théoriquement rencontré.

Généralement ce sont les sites urbains et industriels qui posent le plus de problèmes pour le facteur acoustique.

Théories

Pour avoir une évaluation du niveau de l’ambiance sonore en fonction du contexte environnemental, cliquez ici !

Ensuite, suivant le type d’activité intérieure, on définit le niveau de bruit admissible afin de préserver le confort acoustique.

Théories

Pour connaître niveau de l’ambiance sonore admissible en fonction de l’activité intérieure, cliquez ici !

Lorsque l’on dispose de ces deux valeurs, en effectuant leur différence, on détermine le taux d’affaiblissement acoustique Rw que devra fournir le vitrage contre les bruits courants.

Quel type de source de bruit : basse ou haute fréquence ?

Pour choisir un vitrage ayant des performances adaptées à la situation, il faut connaître le type de source dont on désire s’isoler. C’est-à-dire si la source est de type basse ou haute fréquence. En effet, un vitrage pour un même niveau sonore, offre des performances acoustiques différentes selon la fréquence.

C’est pourquoi il est caractérisé par son indice d’affaiblissement Rw et ses deux indices de correction (C;Ctr), précisants ses performances vis-à-vis des basses et des hautes fréquences qui peuvent s’avérer fort variables.

Le tableau suivant donne des exemples de choix d’adaptation de l’indice d’affaiblissement Rw, pour déterminer l’indicateur à valeur unique à utiliser en fonction de l’origine du bruit.

Source de bruit	Type « trafic rapide » Rw + C	Type « trafic lent » Rw + Ctr
Jeux d’enfants.	XXX
Activités domestiques (conversations, musique, radio, télévision).	XXX
Musique de discothèque.		XXX
Trafic routier rapide (>80 km/h).	XXX
Trafic routier lent (p.ex. :trafic urbain).		XXX
Trafic ferroviaire de vitesse moyenne à rapide.	XXX
Trafic ferroviaire lent.
Trafic aérien (avion à réaction) de courte distance.	XXX
Trafic aérien (avion à réaction) de longue distance.		XXX
Avions à hélices.		XXX
Entreprises produisant un bruit de moyennes ou hautes fréquences.	XXX
Entreprises produisant un bruit de moyennes ou basses fréquences.		XXX

Tableau permettant le choix du type de bruit représenté par l’indicateur à valeur unique Rw + C ou Rw + Ctr selon la norme EN ISO 717-1).

Ainsi, si on est en présence de trafic lent, par exemple, on sait que le critère de choix du vitrage portera sur la valeur de son Rw + Ctr. Celui-ci devra atteindre la valeur d’isolation acoustique définie en fonction du niveau de bruit extérieur et du confort acoustique intérieur à atteindre.

Quel type de vitrage choisir ?

L’isolation acoustique que procure un double vitrage est relativement mauvaise. Ainsi, les doubles vitrages clairs ou à basse émissivité sans amélioration acoustique sont à déconseiller en site urbain bruyant.

Les vitrages réfléchissants et absorbants classiques permettent une faible réflexion du son mais cela reste souvent insuffisant.
Les vitrages isolants et absorbants avec de l’argon peuvent s’avérer assez efficaces en cas de trafic à moyenne densité. Ils sont à proscrire en site urbain, car si la présence du gaz permet d’améliorer les performances dans les hautes fréquences (bruits de trafic rapide), les performances s’avèrent moins bonnes, même défavorables, dans les basses fréquences (bruit de trafic urbain).

Pour pallier à ces limites, on utilise les doubles vitrages dissymétriques ou si nécessaire, les doubles vitrages avec verres feuilletés acoustiques.

Afin d’obtenir leurs valeurs exactes d’affaiblissement acoustique, cliquez ici !

Conclusion

Le choix du vitrage dépend du type et du niveau de bruit dont il faut se protéger, et du confort acoustique exigé. Chacune des options adoptées permet d’améliorer les performances acoustiques des vitrages dans les différentes fréquences. Cela permet de se protéger efficacement contre les bruits de toutes sortes que peut provoquer l’environnement du bâtiment.

Ces dispositions sont bien sûr additionnables à des dispositions lumineuses ou énergétiques. En effet un film basse émissivité ou réfléchissant peut être ajouté. Il est nécessaire, en effet, de ne pas privilégier un facteur au détriment d’un autre.

Cliquez ici pour accéder à une grille récapitulative des propriétés des vitrages.

> Attention, en matière d’isolation acoustique, la performance globale est déterminée par le maillon le plus faible ! L’inétanchéité à l’air peut détruire un projet…
La règle de base est donc avant tout d’assurer une résistance maximale au passage de l’air au niveau de l’enveloppe globale (c.-à-d. raccord chassis-vitrage, ouvrant-dormant et chassis-mur, … ) et d’assurer des raccords souples entre les éléments de façon à absorber au maximum les vibrations.

Sécurité

Le choix d’un vitrage de sécurité dépend du type de risque encouru. Et celui-ci dépend à son tour du niveau où on se trouve dans le bâtiment.

Au-rez-de chaussée, dans les bureaux et/ou les commerces, les risques seront :
- risque de bris par tout type de projectiles,
- risque de destruction par balle,
- risque de blessure en cas de chute contre la glace,
- risque d’effraction, que le verre devra retarder au maximum.
Aux autres niveaux, dans les bureaux, les risques seront :
- risque de blessure en cas de chute contre la glace,
- risque de chute de personne au cas de vitrage descendant sous le niveau normal d’un garde-corps.

Quel type de vitrage choisir en fonction de la protection désirée ?

Contre l’effraction

Les vitrages feuilletés constituent un bonne protection car ils résistent aux coups et lorsqu’ils se fissurent ils restent entiers sans sortir du châssis. Leur résistance est fonction du nombre de films et de l’épaisseur des verres.
Le tableau suivant reprend la valeur indicative du nombre de films en PVB à utiliser en fonction du niveau de protection souhaité.

Type de protection	Degré de protection	Nombre de films de PVB
Protection contre le vandalisme.	Protection contre le vandalisme non organisé.	3
Retardateur d’effraction.	Protection contre l’effraction organisée.	4
	Protection de haut niveau.	6
	Très haut niveau de protection contre toutes formes d’agressions à arme blanche.	Compositions multifeuilletées

Bien sûr, il faut que le degré de sécurité accordé aux vitrages soit compatible avec le degré de sécurité accordé aux châssis, aux systèmes de ventilation, aux raccords châssis-mur, …

Remarque : Les vitrages feuilletés à résine coulée ne se prêtent pas à la protection anti-effraction, mais ils peuvent être utilisés en toiture car, en cas de bris de vitre, l’adhérence verre-résine permet aux fragments du vitrage cassé de rester en place. Ils permettent de plus d’absorber les bruits dus aux impacts de pluie. Les vitrages en toiture devront offrir une résistance mécanique plus importante à cause du poids propre du vitrage et de la surcharge provoquée par la présence de neige éventuelle.

Contre les risques de blessure

On préconisera souvent un verre trempé car il se fragmente en petits morceaux non coupants. Par contre la vitre n’offre plus aucune protection contre les chutes une fois cassée …

Le verre trempé offre de plus, une très bonne résistance aux chocs thermiques : ils peuvent résister à un différentiel de température de 200°C. Mais il faut savoir que les verres trempés ne peuvent plus être coupés, sciés ou percés après l’opération de trempe.
Il faut proscrire le verre armé car sa fragmentation ne répond pas aux exigences en la matière.

Contre les risques de chute

On utilisera exclusivement le verre feuilleté. En effet même si le verre se fissure, le film intercalaire maintient les morceaux en place évitant les blessures et la chute des occupants.

Si le verre doit résister aux chocs thermiques, il peut être trempé avant d’être feuilleté.

Contre la destruction par balle

Il s’agit d’un domaine très spécialisé. Il est, dès lors, recommandé de consulter un spécialiste.

Contre le feu

La résistance au feu concerne surtout les vitrages intérieurs qui servent à empêcher la propagation du feu.

Les verres feuilletés classiques n’offrent aucune résistance au feu. Par contre, le verre armé et le verre trempé permettent de retarder un peu la rupture et l’effondrement du verre.
Il existe des vitrages spéciaux résistants au feu. Il s’agit de verres feuilletés avec intercalaire intumescent ou avec gel aqueux.

Quelles sont les combinaisons possibles entre la sécurité et les autres performances ?

Les dispositions relatives à la sécurité sont bien sûr superposables à des dispositions lumineuses, acoustiques ou énergétiques. En effet, un film basse émissivité et/ou réfléchissant peut être ajouté au sein du double vitrage. Les verres absorbants peuvent être trempés. Il est nécessaire de ne pas privilégier un facteur au détriment d’un autre.

La présence de verre trempé ou feuilleté ne modifie pas la valeur du coefficient de transmission thermique U. Par contre, le procédé de trempe modifie quelque peu l’aspect superficiel et les propriétés de réflexion du vitrage. Le feuilletage du verre le rend plus bleuté, mais ne modifie pas ses propriétés énergétiques et lumineuses (un verre feuilleté offre un coefficient U pratiquement égal à un verre monolithique de la même épaisseur).

On remarque que les verres feuilletés de sécurité sont en général très efficaces contre le bruit. On peut estimer qu’un bon vitrage thermique feuilleté pourra assurer, à la fois, les fonctions acoustique, sécurité et thermique dans un site urbain très bruyant.

L’effet esthétique produit / ou recherché

Ce sont les vitrages à contrôle solaire qui offrent les aspects les plus variés. En effet, ces vitrages peuvent être clairs ou teintés (bronze, gris, argenté, vert, bleu…). Ils confèrent aux vitrages des propriétés de réflexion ou d’absorption lumineuses très diverses.

Les vitrages basse émissivité ont un reflet qui diffère un peu d’un double vitrage classique mais dans des proportions moindres. Les caractéristiques de sécurité par contre modifient peu l’aspect du vitrage. Les vitrages feuilletés peuvent avoir un reflet plus bleuté. Les vitrages trempés ou durcis peuvent contenir de légers dessins colorés dus à des phénomènes d’interférence appelés »fleurs de trempe ». Ils proviennent du procédé de trempe qui modifie quelque peu l’aspect superficiel et les propriétés de réflexion du vitrage.

Quel effet esthétique recherché ?

Photo de bâtiment vitré.

Aujourd’hui le verre est fort utilisé en façade, même comme matériau d’allège. On crée ainsi une continuité et un lissage parfait de la façade.

Pour ces raisons, les vitrages réfléchissants ou absorbants sont fort utilisés. Ils assurent, en plus, une intimité totale intérieure et une protection contre le rayonnement solaire.

L’effet esthétique provoqué par des verres réfléchissants ou colorés sera parfois fortement influencés par l’environnement, l’état du ciel, l’orientation de la façade, la position de l’observateur, la présence de store, la couleur des menuiseries. Il est donc important de faire des études préalables, éventuellement même à l’aide de prototypes.

Précautions

Le vitrage réfléchissant, en plus de réfléchir le paysage, réfléchit le soleil. Cela peut créer des éblouissements indésirés pour les bâtiments voisins. De plus, il diminue définitivement les apports de lumière naturelle à l’intérieur du local quelle que soit son orientation.

Ces vitrages réfléchissent la lumière provenant du milieu le plus lumineux. Dès lors, le soir, c’est l’éclairage artificiel des locaux qui sera réfléchi vers l’intérieur, la vue vers l’extérieur ne sera alors plus possible.

Les vitrages absorbants et réfléchissants ont des couleurs très variables. Leur coloration a une répercussion directe conséquente sur la perception des couleurs.

L’uniformité

Si on souhaite une uniformité de la façade, il convient de placer côte à côte le même type de vitrage sans inverser les faces. Cela concerne tant la couleur et la réflexion que le pouvoir isolant et l’épaisseur. Des épaisseurs de vitrages différentes nécessitent souvent des cadres différents.

Le coût

Le choix adéquat d’un vitrage peut fort diminuer les consommations d’énergie. Il est nécessaire avant de rejeter un vitrage à cause de son prix, d’évaluer rapidement la rentabilité de ce vitrage par rapport au coût d’investissement.

Les facteurs intervenants dans le prix d’un vitrage sont :

Sa qualité : plus il est performant plus, il est cher.
Ses dimensions : plus il est grand ou épais, plus il est cher.
La quantité commandée : plus on en commande, moins il est cher.

Pour se faire une idée, voici une estimation de prix de vitrage au m², fourniture et mise en œuvre compris.
On consultera les fabricants pour avoir des informations plus précises.

Type de verre ou vitrage	Composition en mm	Estimation en €/m²
Vitre simple claire neutre	6 mm	45	50
Vitre simple claire neutre	12 mm	110	130
Vitre simple claire réfléchissante	6 mm	95	105
Verre armé*	6 mm	35	37
Verre feuilleté*	44.2	60	85
Vitrage Rf (résistant au feu)*	1/2 heure	310	400
Vitrage Rf (résistant au feu)*	1 heure	570	620
Double vitrage ordinaire (U=2.9 W/m²K)	4-12-4 mm	48	50
Double vitrage ordinaire (U=2.9 W/m²K)	6-12-6 mm	52	57
Double vitrage isolant à basse émissivité	6-12-6 mm	65	75
Double vitrage réfléchissant clair	6-12-6 mm	145	150
Double vitrage acoustique	8-12-4 mm (38 dB)	115	120
Double vitrage acoustique	10-20-4 mm (41 dB)	125	130
Vitrage chromogène	11 mm	2 480	2 975
Triple vitrage	28 mm	80	85

(*) S’ils sont montés en double vitrage, au prix des vitrages de sécurité, il sera nécessaire d’ajouter celui d’un vitrage simple supplémentaire.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation du taux d’air neuf dans les installations « tout air »

Registre sur la prise d’air neuf et régulateur du débit de gaine.

Principe

Un taux d’air neuf minimum est requis pour assurer l’air hygiénique aux occupants.
Mais ce débit d’air est coûteux, tout d’abord en chauffage et en refroidissement de l’air extérieur !

Par exemple, voici un extrait de l’analyse du coût du traitement d’air qui compare deux situations :

Un bureau de 60 m³ est alimenté en « tout air neuf ».

Cette fois, un recyclage est organisé, avec un apport d’air neuf limité aux besoins hygiéniques.

Dans ce deuxième cas, la consommation est diminuée de 45 % !

REMARQUE : sur le graphe, dans un souci pédagogique, les débits ont été exprimés en m³/h en respectant la conservation de ces débits (210 + 60 = 270 m³/h). En réalité, seuls les débits massiques sont conservés.

Il importe donc d’adapter à tout moment le débit d’air neuf adéquat. On peut parler d’une véritable gestion de l’air neuf, puisque

Le débit d’air neuf sera minimal en plein hiver et en plein été.
Le débit sera maximal lorsqu’il est préférable d’utiliser de l’air extérieur « gratuit » que de traiter l’air intérieur.
Le débit sera nul en période de relance du bâtiment (pas d’occupants).
Le débit sera maximal si l’on souhaite refroidir le bâtiment durant la nuit par de l’air frais extérieur (free cooling)

De plus, si autrefois on ne pouvait faire que du « minimal-maximal », l’apparition sur le marché de nombreux « capteurs » (détecteurs de présence, sonde de qualité d’air,…) permet aujourd’hui de moduler les registres d’air neuf en fonction du nombre de personnes effectivement présentes dans le bâtiment.

L’exemple de la gestion du débit d’air neuf dans un auditoire (analysé par le COSTIC en France) est parlant à ce sujet.

Quand on sait qu’un bureau d’études dimensionne une installation sur plan, sur base d’un nombre présumé de personnes présentes, on comprend qu’un réajustement peut avoir lieu…

Mais le débit d’air est aussi coûteux en énergie électrique de ventilateurs. Le développement du variateur de vitesse ouvre maintenant de nouvelles perspectives pour adapter les régulations de manière à ce que la vitesse des ventilateurs et donc leur consommation soit toujours minimale en fonction des besoins d’air.

Cas 1 : régulation du débit d’air par action sur le recyclage

Un premier mode de régulation consiste à agir sur la quantité d’air recyclée de manière à ajuster le taux d’air neuf aux justes besoins hygiénique et thermique. Dans ce cas on optimalise la consommation de chaleur et de refroidissement, malheureusement, tout en gardant une consommation électrique de ventilateurs constante.

Généralement, la modulation du volet d’air neuf en fonction des besoins réels du local se fait via une sonde de qualité d’air placée dans le conduit d’air extrait. Le groupe d’extraction ne doit concerner qu’une seule salle ou qu’un ensemble de locaux homogènes dans leur utilisation.

Exemple.

Le taux d’air neuf de la salle du restaurant d’entreprise (occupation très variable) est modulé en fonction d’une sonde COV placée dans la gaine d’air extrait.

Mais parfois, il est plus judicieux de placer une sonde de qualité d’air dans le local même :

Exemples.

> Si la ventilation de salle du restaurant est assurée par une pulsion en salle et une extraction en cuisine, une sonde placée en salle sera plus significative des besoins hygiéniques de la salle.

> De même, la ventilation d’une salle de sports par extraction dans les vestiaires sera mieux régulée par une sonde COV dans la salle plutôt que par une sonde dans la gaine d’extraction (… sonde influencée par les odeurs de baskets !).

Quelle régulation ?

Le principe est simple : définir la loi de correspondance entre la mesure de la sonde et l’ouverture du volet d’air.

Par exemple, pour une sonde CO₂, le volet d’air neuf est fermé pour une teneur inférieure à 900 ppm de CO₂, et totalement ouvert au-delà de 1 400 ppm (soit une bande proportionnelle de 500 ppm).

Mais en pratique, d’autres critères peuvent apparaître

On peut vouloir réaliser du free cooling (rafraîchissement nocturne du bâtiment grâce à la température de l’air extérieur plus fraîche que celle de l’air intérieur).
Également, une valeur minimale du débit d’air neuf est souvent demandée.

Elaborons par étapes la régulation qui permet d’atteindre ces différents objectifs :

Étape 1

Le régulateur de température R₁ définit la demande thermique du local par comparaison entre température ambiante et consigne, et en tenant compte d’une température limite basse de soufflage en sortie de gaine. Suivant le cas, il actionne l’ouverture des voies trois voies de la batterie de chauffe et de la batterie froide. Une zone neutre est ménagée autour de la consigne (de 2 à 3°C). Pour la clarté du schéma, la régulation en fonction de l’humidité, la protection anti-gel,.. n’ont pas été indiquée ici.

Étape 2

Le régulateur de ventilation R₂ commande l’ouverture des volets d’air neuf, suite à l’évolution de la température dans le local. Le débit sera minimum en hiver. En mi-saison, après la demande de chauffage du matin, ce sont les apports gratuits qui font monter la température intérieure. Pour répondre à ces besoins c’est d’abord l’air neuf extérieur qui est pulsé. Puis, la charge devenant trop élevée, l’air neuf est ramené en valeur minimale et l’installation de froid prend le relais.

Étape 3

La fermeture des registres, lors de la montée en température dans le local, ne doit se faire que lorsque la température extérieure est supérieure à la température intérieure. C’est dans ce but qu’une comparaison est faite entre température d’air repris et température extérieure et que l’information est répercutée vers le régulateur de ventilation afin qu’il déplace le point de fermeture des registres vers le débit minimal. Mieux : ce sont les deux niveaux d’enthalpie qui seront comparés.

L’ouverture en tout air neuf la nuit (free cooling) est alors également possible via cette régulation. Attention, si l’installation est totalement arrêtée la nuit, la sonde de température extérieure doit être située à l’extérieur et non dans la gaine de prise d’air neuf (arrêt de la circulation d’air, donc sonde non fidèle de la température extérieure).

Étape 4

L’information de la sonde de qualité de l’air influence encore le servomoteur du clapet d’air neuf :

La position « minimale » est affinée en fonction du nombre de personnes effectivement présentes, ce qu’atteste la sonde de qualité d’air (CO₂, COV, humidité,…).
En zone neutre, on choisit la demande d’ouverture maximale entre celle provenant de la sonde de qualité d’air et celle du régulateur de température.

Particularité d’une installation à débit d’air variable

Dans une installation VAV, la position du volet d’air neuf se pose de façon particulière

Il est difficile de prévoir une sonde de qualité d’air dans chaque zone. Aussi, le débit d’air neuf minimal sera fixé pour tout le bâtiment. Éventuellement, si le bâtiment est d’utilisation homogène, une sonde de qualité de l’air peut être insérée dans la reprise d’air globale.
Le débit total pulsé est fonction de la charge : c’est le principe même du VAV.
Dès lors, le rapport débit d’air neuf/débit total fluctue en permanence !

Exemple.

Supposons un débit d’air neuf minimal de 2 000 m^³/h.
Supposons en plein été, un débit total pulsé de 10 000 m^³/h. On en déduit un besoin d’ouverture du clapet d’air neuf de 20 %.
Plaçons-nous maintenant en mi-saison, l’installation est en zone neutre, aucune charge ne doit être apportée pour refroidir les locaux : le débit total pulsé est de 2 000 m^³/h. Il faut à présent que le clapet d’air neuf soit ouvert à 100 % !

Le schéma de régulation doit donc adapter en permanence la position du servomoteur.

Une sonde de vitesse d’air est placée dans la prise d’air neuf. Elle informe le régulateur de ventilation qui intégrera cette donnée dans l’estimation de la position minimale du servomoteur. Mais la demande du régulateur de température peut être encore plus importante si on est en zone neutre. En pratique, il choisira donc la valeur maximale entre les demandes « hygiénique » et « thermique ».

Cas 2 : régulation du débit d’air par action combinée sur la vitesse du ventilateur et sur le recyclage

Transporter de l’énergie thermique via un réseau de ventilation coûte cher en consommation de ventilateurs. Dès lors, on peut se poser la question de la nécessité de maintenir en permanence le débit maximum quels que soient les besoins en air neuf, en chauffage ou en refroidissement. Le développement des variateurs de vitesse dans les groupes de traitement d’air permet d’envisager de nouveaux algorithmes de régulation encore plus économiseur d’énergie.

Un exemple est repris ici mis en œuvre dans un bâtiment existant (source : Bureau d’études MATRIciel sa, 2010). D’autres peuvent être envisagés, chacun guidé par la question « comment minimiser la vitesse des ventilateurs et ensuite le recours à la production de froid en fonction des besoins ? »

Descriptif de l’installation

L’installation assure le chauffage, le refroidissement et la ventilation de bureaux. Le chauffage principal est assuré par des convecteurs statiques, la ventilation et le refroidissement par un groupe de ventilation avec roue hygroscopique de récupération, boite de mélange, batteries chaude et froide, humidificateur vapeur et ventilateur à vitesse variable.

Principe de régulation

Objectif : minimiser d’abord la consommation électrique des ventilateurs en favorisant un fonctionnement à basse vitesse et ensuite le recours aux batteries chaudes et froides, tout en garantissant un débit d’air neuf hygiénique et une température de pulsion minimaux.

En hiver (Text < Tnon chauffage) :

En journée, le chauffage est assuré par les convecteurs avec une température d’eau réglée par courbe de chauffe au niveau des chaudières et une régulation locale par vannes thermostatiques.

Le groupe de ventilation travaille en tout air neuf. La vitesse du ventilateur est minimale et correspond au besoin hygiénique. L’air de pulsion est à température neutre, réglée au moyen de la batterie chaude. La récupération de chaleur sur l’air extrait est maximale.

L’humidification est commandée par une consigne d’humidité relative mesurée dans la reprise commune.

La nuit et le week-end, l’ensemble des installations est mis à l’arrêt avec contrôle d’une température ambiante minimale.

La relance matinale est optimisée et s’effectue obligatoirement sans air neuf.

En mi-saison (Text < Tnon chauffage et < Tintérieure) :

Les circuits convecteurs et batterie chaude sont mis à l’arrêt.

En journée, le refroidissement éventuel est assuré par le groupe de ventilation. La température de pulsion de l’air est régulée grâce à une cascade entre la modulation de la roue de récupération, la batterie froide et enfin la vitesse du ventilateur. Le taux d’air neuf du groupe reste maximal.

La nuit, les installations sont à l’arrêt.

En plein été (Textérieure > Tintérieure) :

Les circuits convecteurs et batteries chaudes sont mis à l’arrêt.

En journée, le refroidissement est assuré par le groupe de ventilation. La température de pulsion de l’air est régulée grâce à une cascade entre la batterie froide et ensuite la vitesse du ventilateur. La récupération de chaleur reste maximale et le taux d’air neuf du groupe est adapté en fonction de la vitesse du ventilateur pour que le débit global corresponde au besoin hygiénique.

La nuit, si les conditions extérieures le permettent, le groupe de ventilation est activé, à vitesse maximale, sans traitement d’air ni récupération de chaleur.

Algorithme de régulation associé

Légende :

Text = température extérieure
Text_cons_NC = température extérieure de non chauffage (arrêt du besoin de chauffage du bâtiment) – Paramétrable (par défaut : 15°C)
Text_cons_FC = température extérieure de libération de la ventilation intensive de free cooling – Paramétrable (par défaut : 16°C)
ONOFF_FC = libération manuelle de la ventilation intensive de free cooling – Paramétrable (par défaut : OFF)
%AN = taux d’air neuf de la boite de mélange (0% = sans air neuf, 100% = tout air neuf)
%ANmin = taux d’air neuf minimale de la boite de mélange permettant un débit hygiénique voulu lorsque Hzvent = 50 Hz – Paramétrable (par défaut : 30%)
Hzvent = fréquence d’alimentation des ventilateurs de pulsion et d’extraction (liés)
Hzvent_min = fréquence d’alimentation minimale des ventilateurs de pulsion et d’extraction (liés) correspondant au débit de ventilation hygiénique théorique – Paramétrable (par défaut : 15 Hz)
Tpuls_dalle = température de pulsion de l’air dans les bureaux et la cafétéria, mesurée à la sortie des dalles actives
Tpuls_dalle_min_hiver = consigne de température de pulsion minimale de l’air dans les bureaux et la cafétéria en hiver, à la sortie des dalles actives – Paramétrable (par défaut : 16°C)
Tpuls_dalle_min_été = consigne de température de pulsion minimale de l’air dans les bureaux et la cafétéria en été à la sortie des dalles actives – Paramétrable (par défaut : 16°C)
Tpuls_GP = température de pulsion mesurée à la sortie du GP
Treprise = température de l’air mesurée dans la reprise commune vers le GE
Treprise_cons_été = consigne de température de reprise en été – Paramétrable (par défaut : 25°C) (Toujours : Treprise_cons_été > Tamb_cons_jour + 2°C)
%HR reprise = humidité relative mesurée dans la reprise
%HR reprise_cons = consigne d’humidité relative mesurée dans la reprise – Paramétrable (par défaut : 40%)
Vroue = vitesse de la roue de récupération de chaleur sur l’air extrait (de 0% = sans récupération, 100% = récupération maximale)
Tamb_moy = température ambiante (moyenne des 4 sondes ambiantes)
Tamb_min = température ambiante minimale (minimum des 4 sondes ambiantes)
Tamb_max = température ambiante maximale (maximum des 4 sondes ambiantes)
Tamb_cons_jour = température de consigne ambiante de jour – Paramétrable
Tamb_cons_max_FC = température de consigne maximale de gestion de la ventilation intensive – Paramétrable (par défaut : 23°C)
Tamb_cons_min_FC = température de consigne minimale de gestion de la ventilation intensive – Paramétrable (par défaut : 20°C)
Tamb_cons_nuit = température de consigne ambiante de nuit et de week-end – Paramétrable (par défaut : 15°C)
DTamb_ext = écart de température entre intérieur et extérieur commandant l’enclenchement du free cooling – Paramétrable (par défaut : 6°C)
Teau_chaudière = température de départ des chaudières
Teau_chaudière_cons _max = consigne de température de départ des chaudières en phase de relance – Paramétrable (par défaut : 70°C)

En hiver

Condition générale : Text < Text_cons_NC

Permanent

Enclenchement chaudière
Modulation de la température d’eau de départ en fonction de la température extérieure (courbe de chauffe)
Arrêt groupe de froid
Arrêt circuit batterie froide

En horaire d’occupation

Enclenchement GP/GE
Libération circuits convecteurs et batterie chaude
Hzvent = Hzvent_min
%AN = 100%
Vroue = 100%

Si Tpuls_dalle < Tpuls_dalle_min_hiver : action sur la vanne 3 voies de la batterie chaude du GP
Si %HRreprise < %HR reprise_cons : action sur humidificateur vapeur

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt GP/GE
Fermeture vanne batterie chaude, arrêt circulateur (avec protection hors gel)
Si Tamb_moy > Tamb_cons_nuit : fermeture vannes circuits convecteurs
Si Tamb_moy < Tamb_cons_nuit ou action sur bouton poussoir de dérogation (2h) : ouverture vannes circuits convecteurs

En période de relance (inoccupation)

Relance sur optimiseur :

Arrêt GP/GE
Fermeture vanne batterie chaude, arrêt circulateur (avec protection hors gel)
Ouverture vannes circuits convecteurs
Si Tamb_moy < Tamb_cons_jour : Teau_chaudière = Teau_chaudière_cons _max

En mi-saison

Condition générale : Text > Text_cons_NC et Text < Treprise + 1°C

Permanent

Libération groupe de froid
ONOFF_FC = ON
Arrêt chaudière
Arrêt circuit convecteurs
Arrêt circuit batterie chaude
Arrêt humidification

En horaire d’occupation

Enclenchement GP/GE
Hzvent = Hzvent_min
%AN = 100%
Vroue = 100%

Si Treprise > (Treprise_cons_été – 2°C) :
- 1. Modulation de la récupération de chaleur avec limite (Vroue = 0% et Tpuls_dalle = Tpuls_dalle_min_été)
Si Treprise > Treprise_cons_été : cascade avec (chronologiquement) :
- 2. Action sur la batterie froide du GP avec limite Tpuls_dalle = Tpuls_dalle_min_été ;
- 3. Modulation de la vitesse du ventilateur Hzvent combinée au maintien de %AN = 100%

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt groupe de froid
Arrêt batterie froide
Arrêt GP/GE

Si Text > Text_cons_FC
et Tamb_max > Tamb_cons_max_FC
et Text < Tamb_max – DTamb_ext :
enclenchement du free cooling : enclenchement GP/GE à vitesse max (Hzvent = 50 Hz),
en tout air neuf (%AN = 100%) et sans récupération de chaleur (Vroue = 0%)
Si Tamb_moy < Tamb_cons_min_FC
ou Text > Tamb_max – DTamb_ext
ou Tpuls_dalle < Tpuls_GP (1) :
déclenchement GP/GE
Si le déclenchement est le résultat de la condition (1), une temporisation de 1h est appliquée avant un nouveau test des conditions d’enclenchement.

En période de relance (inoccupation)

Sans objet.

En été

Condition générale : Text > Text_cons_NC et Text > Treprise + 1°C

Permanent

Libération groupe de froid
ONOFF_FC = ON
Arrêt chaudière
Arrêt circuit convecteurs
Arrêt circuit batterie chaude
Arrêt humidification

En horaire d’occupation

- Enclenchement GP/GE
- Hzvent = Hzvent_min
- %AN = 100%
- Vroue = 100%

- Si Treprise > Treprise_cons_été : cascade avec (chronologiquement) :
- 1. action sur la batterie froide du GP avec limite Tpuls_dalle = Tpuls_dalle_min_été ;
- 2. modulation de la vitesse du ventilateur Hzvent combinée à une modulation du taux d’air neuf suivant une régression [(Hzvent = Hzvent_min,%AN = 100%) ; (Hzvent =50 Hz, %AN = %ANmin)]

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt groupe de froid
Arrêt batterie froide
Arrêt GP/GE

Si Text > Text_cons_FC
et Tamb_max > Tamb_cons_max_FC
et Text < Tamb_max – DTamb_ext
enclenchement du free cooling : enclenchement GP/GE à vitesse max (Hzvent = 50 Hz), en tout air neuf (%AN = 100%) et sans récupération de chaleur (Vroue = 0%)
Si Tamb_moy < Tamb_cons_min_FC
ou Text > Tamb_max – DTamb_ext
ou Tpuls_dalle < Tpuls_GP (1) :
déclenchement GP/GE.
Si le déclenchement est le résultat de la condition (1), une temporisation de 1h est appliquée avant un nouveau test des conditions d’enclenchement.

En période de relance (inoccupation)

Sans objet

Impact énergétique

L’impact énergétique de cet algorithme de régulation par rapport à une régulation traditionnelle du recyclage a été évalué par simulation thermique dynamique au moyen du logiciel TRNsys 17 : la consommation électrique des ventilateurs est réduite de 70% et la consommation en énergie primaire de l’ensemble de l’installation est réduite de 50% par rapport à une régulation traditionnelle du taux d’air neuf par action sur les volets de mélange.

Avec régulation à vitesse variable des ventilateurs

Consommations annuelles				Consommations annuelles en énergie primaire
chaud	froid	humidification	ventilateur	chaud et humidification	froid	ventilateur	somme
kWhgaz/m²/an	kWhélectricité/m²/an			kWhprimaire/m²/an			kWhp/m²/an
22,5	0.5	1.0	8.0	25.0	1.1	20.0	46.1
22,5	9.5			25.0	1.1	20.0	46.1

Avec régulation simple des volets de mélange

Consommations annuelles				Consommations annuelles en énergie primaire
chaud	froid	humidification	ventilateur	chaud et humidification	froid	ventilateur	somme
kWhgaz/m²/an	kWhélectricité/m²/an			kWhprimaire/m²/an			kWhp/m²/an
22,5	0.5	1.0	26.6	25.0	1.1	66.5	92.6
22,5	28.1			25.0	1.1	66.5	92.6

Cas 3 : régulation du débit d’air neuf dans une installation « tout air neuf »

Certaines contraintes peuvent amener des auteurs de projet à mettre en place un free cooling mécanique pour rafraîchir le bâtiment en été.

Dans ce cas, le réseau de ventilation hygiénique est surdimensionné pour assurer un débit de refroidissement suffisant. Une gestion est donc nécessaire pour adapter le débit en fonction de la saison : un débit minimum hygiénique en hiver et un débit augmentant en été en fonction des températures intérieure et extérieure.

Comme dans une installation VAV traditionnelle, la gestion individuelle de l’ambiance peut se gérer par action sur des clapets modulants, le ventilateur modulant sa vitesse de manière à maintenir une pression constante dans le réseau. La consommation du groupe de ventilation est alors plus ou moins proportionnelle au débit pulsé.

L’étrangeté de ce mode de régulation apparaît par exemple en hiver. Dans ce cas il y a de fortes chances que l’ensemble des clapets de zone soit fermé en position minimale, générant une perte de charge que le ventilateur doit vaincre pour assurer le débit hygiénique. L’idéal énergétique voudrait plutôt que, pour le même débit pulsé, tous les clapets soient ouverts en grand et que le ventilateur réduise encore plus sa vitesse. Cela paraît simple lorsque toutes les zones du bâtiment demandent le débit minimal, mais cela se complique si, en été, les demandes de débit varient entre les zones. Dans ce cas, il convient de trouver un moyen de régulation qui permet au ventilateur de travailler toujours non seulement à son débit minimal, mais aussi à sa pression minimale. Ce sera le cas si la gestion de l’ensemble du système « clapets modulants – ventilateur » fait en sorte que quel que soit le besoin, au moins un clapet dans l’installation est en position totalement ouverte.

Un tel mode de régulation existe de façon intégrée chez certains fabricants de systèmes de ventilation. Il peut également être composé au départ de composants indépendants.

Descriptif de l’installation

L’installation est alors composée de :

Clapets modulants (ou boites VAV) sur la pulsion et l’extraction de chaque zone. Ces clapets ont la caractéristique de permettre une lecture digitale du débit et de la pression.
Groupe de ventilation à vitesse variable, avec batteries chaude et froide et roue de récupération
Régulateur digital

Principe de régulation

Régulation estivale

La température de consigne d’été sera contrôlée par action en cascade sur :

La température de pulsion : si la température de reprise du groupe dépasse la température de consigne d’été, une commande en cascade modulera la vitesse de la roue de récupération puis l’enclenchement de la batterie froide de manière à adapter la température de pulsion jusqu’à une température de pulsion minimale de confort. La température de pulsion est sera également limitée si la température d’une des zones descend en dessous d’une valeur minimale de confort paramétrable.
Puis l’ouverture des clapets de zone : si la température de pulsion minimale est atteinte, les clapets de zone s’ouvriront, entraînant l’augmentation de la vitesse des ventilateurs du groupe. Les clapets sont alors commandés par une mesure de température locale : la vitesse des ventilateurs et leur hauteur manométrique seront réglées en fonction de la position des clapets de zone. Le système de régulation connaît le débit de chaque registre et optimise la vitesse de la centrale de traitement d’air de manière à ce qu’au moins un registre soit totalement ouvert (les ventilateurs adaptent leur vitesse jusqu’à ce qu’un des débits locaux devienne inférieur à sa consigne).

Régulation hivernale

Durant la saison de chauffe, la centrale de traitement d’air est réglée à une valeur correspondant au débit d’air hygiénique minimal. Ici aussi, les clapets de zones sont automatiquement réglés afin qu’au moins un registre soit totalement ouvert de manière à optimaliser la pression du réseau.

La roue de récupération fonctionne à sa vitesse maximale et la température de pulsion est maintenue à une valeur de consigne.

Algorithme de régulation associé (extrait)

La température de consigne de pulsion de l’air dépend de la température extérieure. Par exemple : si Text < ou = 0°C, Tpuls = 19 °C ; si Text > 18 °C, Tpuls = 16 °C, modulation linéaire entre ces 2 points.

Pour chaque zone (chaque clapet modulant), une courbe définit un débit d’air de consigne en fonction de la T° ambiante, avec une plage morte entre le débit minimal en mode chauffage (T ambiante = 21 °C) et l’augmentation du débit en mode refroidissement naturel (Tambiante > 24 °C).

Les signaux 0-10 V d’entrée et sortie des boîtes VAV sont convertis en débit d’air (m³/h) en fonction du débit maximum voulu. Un signal de 30 % (3 V) correspond ainsi au débit de ventilation hygiénique, un signal de 100 % (10 V) au débit maximal de free cooling. Un signal de 0 % (0 V) correspond alors à la mise à l’arrêt du système (par exemple, fermeture complète des boîtes suivant un horaire programmé).

Le signal de sortie 0-10 V d’une boîte VAV est envoyé à la GTC. Il permet de lire le débit réel de la boîte.

L’écart entre la consigne de débit et le débit mesuré est calculé pour chaque boîte VAV (en pulsion et en extraction). La valeur minimale de cet écart pour les différentes boîtes est envoyée à un régulateur PID qui module la vitesse du groupe de pulsion pour la maintenir à une valeur de consigne (par exemple « -50 m³/h »). Cela signifie qu’au minimum une boîte est en demande permanente et donc se retrouve en position complètement ouverte et le ventilateur fonctionne toujours à sa vitesse minimale.

Composants associés

Les registres équipés de moto-réducteurs et les vannes modulantes sont reliés au régulateur. Actuellement, la plupart des projets incluent une communication électronique, voire informatique, via bus de communication au dépend des conceptions pneumatiques qui ont eu leurs heures de gloire, mais beaucoup trop coûteuses au niveau investissement et exploitation.

Le contrôle de la température pose moins de problèmes qu’auparavant. Les sondes de température sont devenues fiables et permettent, associées à des automates, de réguler de manière optimum la température de l’ambiance.

Enfin, les régulateurs sont des automates programmables reliés entre eux et, éventuellement, à un superviseur (GTC) par un bus de communication. À l’heure actuelle, il est rare de voir des conceptions où les sorties des régulateurs sont pneumatiques. En effet, les coûts d’investissement (centrale de production d’air comprimé), d’exploitation (système de régulation à fuite contrôlée) sont importants et la précision ne vaut pas celle d’une installation électronique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité et de combustible des bureaux

Préambule

Cette article a été créé en 2009. Une mise à jour des informations a été apporté en mars 2024 notamment via : le rapport de bilan énergétique de la Wallonie 2020 – bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023.

L’étude approfondie du “Bilan énergétique de la Wallonie 2020” a permis de mettre en lumière les caractéristiques spécifiques de la consommation énergétique dans le secteur tertiaire, comprenant entre autres les bureaux. Cette analyse révèle des tendances clés et des facteurs d’influence sur la consommation d’énergie au sein de ce secteur.

En ce qui concerne spécifique les bureaux (secteur public et privé), l’emploi et la valeur ajoutée sont des indicateurs importants qui reflètent l’activité économique et son impact sur la consommation énergétique. Le rapport de bilan énergétique de la Wallonie 2020 mentionne l’évolution de l’emploi et de la valeur ajoutée brute dans le secteur tertiaire, offrant un contexte pour comprendre les tendances de consommation énergétique.

Secteur privé

Par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles des bureaux privés en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

20 établissements de 200 à 25 152 m² (surface totale de 158 956 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	92	105
Consommation spécifique moyenne	138 kWh/m²	102 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	134	112	8	4854	1719
2001	147	120	27	6191	1934
2002	114	102	30	7541	1688
2003	150	133	24	5748	1921
2004	131	138	25	4578	1894
2005	96	120	29	5540	1829
2006	124	111	23	5521	1795
2007	105	103	22	3335	1578
2008	91	92	29	4787	1829
2009	102	106	31	4991	1818
2010	123	112	29	5947	2309
2011	114	76	26	6715	1515
2012	138	102	20	7948	1915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	114	128	15	3688	1424
2015	86	75	13	4681	1688
2016	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	1948
2017	241	83	18	6837	1775
2018	222	87	13	5206	1737
2019	186	38	22	1624	1676
2020	62	52	16	4543	1517

Par emploi

Consommations d’électricité HT et de combustibles des bureaux privés en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

22 établissements de 7 à 850 emplois (total de 4 277 emplois)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	3.85	4.32
Consommation spécifique moyenne	5.62 MWh/emploi	4.43 MWh/emploi

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre		Degrés-jours 15/15

	[kWh/emploi]	[kWh/emploi]		Emplois
2014	7781	4435	13	186	1424
2015	4743	3745	13	126	1688
2016	5383	4552	Non disponible	Non disponible	1948
2017	8146	2797	18	202	1775
2018	6458	3096	14	191	1737
2019	6088	3554	19	59	1676
2020	1810	1464	15	160	1517

Ces données sont issues de l’enquête Bilan énergétique de la Wallonie 2020 Consommation du secteur domestique réalisé par l’ICEDD asbl pour le compte du Service Public de Wallonie. Le bilan complet est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.

Secteur public

Par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles des bureaux publics en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

118 établissements de 80 à 18 924 m² (surface totale de 485 069 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	94	189
Consommation spécifique moyenne	65 kWh/m²	165 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre	Surface moyenne	Degrés-jours 15/15

	[kWh/m²]	[kWh/m²]		[m²]
2000	54	137	52	5573	1719
2001	47	156	91	4704	1934
2002	56	165	119	3955	1688
2003	52	165	121	3210	1921
2004	53	170	122	3587	1894
2005	54	174	121	2802	1829
2006	50	174	103	2774	1795
2007	52	158	133	3265	1578
2008	56	151	130	3340	1829
2009	53	173	151	3597	1818
2010	54	172	99	3600	2309
2011	58	134	93	3591	1515
2012	65	165	118	4111	1915
2013	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	2137
2014	48	113	89	4000	1424
2015	49	113	84	4292	1688
2016	Non disponible	Non disponible	Non disponible	Non disponible	1948
2017	51	124	86	3652	1775
2018	45	91	44	6495	1737
2019	35	114	51	3468	1676
2020	46	92	50	5167	1517

Par emploi

Consommations d’électricité HT et de combustibles des bureaux publics en 2020

Caractéristiques de l’échantillon

113 établissements de 1 à 650 emplois (total de 11 940 emplois)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	8.8	35.68
Consommation spécifique moyenne	2.30 MWh/emploi	5.65 MWh/emploi

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique	Consommation spécifique combustible	Nombre		Degrés-jours 15/15

	[kWh/emploi]	[kWh/emploi]		Emplois
2014	2191	5474	74	81	1424
2015	2335	4687	80	79	1688
2016	2153	4764	Non disponible	Non disponible	1948
2017	1940	5070	71	102	1775
2018	2217	4817	59	113	1737
2019	1914	5122	23	61	1676
2020	1991	3921	45	164	1517

Evolutions des consommations spécifiques d’électricité et de combustibles par emploi (des bureaux)((Bilan énergétique de la Wallonie 2020 – Bilan du secteur domestique et équivalents – Version 2 – mars 2023 – BNB –2020 données provisoires))

Comparaison

Consommations spécifiques moyennes des bureaux en 2020 (en kWh/m² et en kWh/emploi )

ISSO (Instituut voor Stimulering van Onderzoek)

Nous reprenons ci-dessous un extrait d’un vaste travail de simulation réalisé par l’ISSO aux Pays-Bas (les conditions de climat extérieur sont donc relativement comparables à ceux de nos régions). La simulation porte sur un bureau et non sur le bâtiment entier. Les résultats obtenus varient en fonction de l’orientation du bureau.
Voici les hypothèses de travail :
Le bureau de 4,1 m de façade sur 5,2 m de profondeur a une hauteur de 2,7 m. Les consignes sont de 22°C en hiver et 24°C en été. L’inertie des parois est moyenne (sol en béton, pas de faux plafond, cloisons intérieures légères, soit 59 kg/m²). Les apports internes correspondent à l’éclairage et la présence d’une personne et de son PC par zone de 12 m² (35 W/m²). Le pourcentage de vitrage par rapport à la façade est de 50 %. Les murs extérieurs sont équipés de 8 cm d’isolant. Le bureau simulé est entouré d’autres bureaux dont les consignes sont similaires (pas d’échange avec les bureaux voisins). Des stores extérieurs limitent les apports solaires à 20 % de leur valeur lorsque ceux-ci dépassent 300 W/m². Le taux de renouvellement d’air est de 3/h pour les systèmes 2 et 4, et 4/h pour le système 3. Les pertes de charge du circuit de ventilation sont de 1 600 Pa. Un échangeur de chaleur est placé sur l’air de ventilation et son rendement est estimé à 75 %. Le coût de l’humidification est intégré.

Système du bâtiment	Consommations annuelles (kWh/ m² x an)			Inconfort
Système du bâtiment	Chauffage	Refroidis- sement	Transport	(heures par an)
Radiateurs +ventilation naturelle	78 à 83	–	1	310 à 450
Radiateurs + ventilation mécanique double flux	58 à 61	–	22	230 à 310
Radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraîchissement* + free cooling de nuit**	70 à 74	7	30 à 31	20 à 60
Conditionnement d’air (installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)	83	11 à 14	29	0

*Par « rafraîchissement » en été, on entend ici une pulsion d’air « rafraîchi » correspondant à 4 renouvellements horaires :

refroidi à une température de 18 °C, lorsque la température extérieure est < 23 °C.
refroidi à une température de (T°_ext – 5°C), lorsque la température extérieure est > 23 °C.

**Par « free cooling de nuit », on entend ici une pulsion d’air extérieur de ventilation correspondant à 4 renouvellements horaires, si T° _ext < T° _int et si T° _int > 20°C.

La rubrique « transport » représente l’énergie des circulateurs et ventilateurs.

Par « inconfort », on entend le nombre d’heures durant la période de travail où le PMV (Vote Moyen Prédictif) des occupants serait > 0,5. Autrement dit, le nombre d’heures où l’on peut s’attendre à des plaintes du personnel… On considère que si ce nombre d’heures est inférieur à 100 heures par an, il s’agit d’une gêne temporaire tout à fait acceptable. Au-delà de 200 h/an, des mesures de refroidissement sont nécessaires pour garder un climat intérieur correct.

Les kWh de refroidissement sont ceux demandés au compresseur. Ils intègrent donc le COP de la machine frigorifique. Les besoins de froid du bâtiment seraient plus élevés.

BRE (British Research Establishment)

BRE – BUILDING RESEARCH ESTABLISHMENT Ltd

Les valeurs reprises dans le tableau ci-dessous sont issues du document « Energy Consumption guide – Energy use in offices ». Elles concernent 4 types de bâtiments de bureaux différents :
Type 1 : cellulaire, ventilé naturellement,
De taille comprise entre 100 et 3 000 m², avec un contrôle local des équipements, et une cafétéria réduite à un frigo, un évier et une bouilloire.
Type 2 : plan ouvert, ventilé naturellement
De taille comprise entre 500 et 4 000 m², généralement plus équipés, et avec un contrôle des équipements plus global.
Type 3 : standard, air conditionné
De taille comprise entre 2 000 et 8 000 m², souvent construits par des promoteurs; même type d’utilisation que pour le type 2; souvent, des protections solaires ou le type de vitrage réduit l’éclairage naturel; les chiffres sont basés sur un équipement VAV.
Type 4 : prestige, air conditionné
De taille comprise entre 4 000 et 20 000 m²; les équipements fonctionnent plus longtemps pour répondre aux différents besoins; souvent, un service de repas chaud est prévu, des locaux particuliers (informatique, communication) sont climatisés.
Pour chaque type de bâtiment, deux valeurs sont fournies, issues de l’étude d’un grand nombre de bâtiments de bureaux en Angleterre. La première, « valeur moyenne », vise plutôt les bâtiments existants. Elle ne devrait être dépassée que si l’installation est vieille, ou si elle est mal gérée. La seconde, « valeur de bonne pratique » vise les bâtiments nouveaux. Elle est établie sur base d’exemples où les équipements choisis sont efficaces énergétiquement, et l’installation bien gérée.

Bâtiment	Valeur moyenne (kWh/ m² x an)		Valeur de bonne pratique (kWh / m² x an)
Bâtiment	Chauffage Eau chaude	Électricité	Chauffage Eau chaude	Électricité
Type 1 : cellulaire, ventilé naturellement	150	55	78	34
Type 2 : plan ouvert, ventilé naturellement	150	86	80	52
Type 3 : standard, air conditionné	176	224	95	130
Type 4 : prestige, air conditionné	200	360	105	240

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer l’efficacité du trafic

Sensibilisation des utilisateurs

Dysfonctionnements

Indépendamment des problèmes de saturation du trafic, suite :

à un réglage déficient du temps d’ouverture et de fermeture des portes palières et d’ascenseur, de la vitesse de course de la cabine, du temps de freinage, ….
à un manque de capacité des cabines dû à l’augmentation de la fréquentation de l’immeuble,
…

les ascenseurs peuvent voir leur capacité utile se réduire de manière probante rien que par l’utilisation inadéquate des utilisateurs.
Il faut dire que les ascenseurs d’une institution sont régulièrement pris comme boucs émissaires, sur lesquels les utilisateurs font passer leur mauvaise humeur !
C’est aussi un des sujets préférés des occupants car :

Un ascenseur, par principe ça ne marche jamais !

En effet :

le temps d’attente est toujours trop long,
les ascenseurs sont des machins compliqués,
la cabine descend alors que je veux monter,
comment savoir à quel étage aller,
pourquoi l’ascenseur me passe-t-il sous le nez sans s’arrêter à mon étage,
etc …

D’autre part, certains utilisateurs appréhendent leur rencontre avec un ascenseur. Il y a l’angoisse :

de l’espace clos,
que l’ascenseur ne s’écrase,
de rester coincer tout un WE dans la cabine,
etc …

Bref, toutes sortes de bonnes ou de mauvaises raisons pour ne pas prendre la peine de comprendre le fonctionnement d’un ascenseur.
Les principaux dysfonctionnements qui perturbent la gestion du trafic des ascenseurs sont :

Au niveau des boîtes à bouton palières, la commande simultanée vers le haut et le bas pour monter par exemple. Cette réaction est souvent observée. A priori, les utilisateurs pensent que l’ascenseur va arriver plus rapidement. Dans le cas d’une batterie d’ascenseurs (duplex, triplette, …), au lieu de commander un seul ascenseur, deux réservations sont effectuées et conduisent, dans la plupart des cas, à l’arrivée de deux ascenseurs au même palier. L’utilisateur ayant poussé sur les deux boutons s’étonne de l’arrivée de deux ascenseurs et les occupants d’un des deux ascenseurs s’arrêtant pour rien sont mécontents…

Suite à la commande d’un trajet d’ascenseur pour monter d’un ou de deux niveaux par exemple, l’attente paraît toujours trop longue aux utilisateurs. Il en résulte, qu’après un certain temps, l’utilisateur dépité décide de prendre l’escalier. Quelques instants après, les portes de la cabine s’ouvrent, … vide dans la plupart des cas. Concrètement, cette course pour rien représente une consommation et un démarrage inutile.

Certains utilisateurs appréhendent de se trouver serrés dans une boîte à sardine. Il s’ensuit que le taux de remplissage de la cabine chute aux heures de pointe et, naturellement, le nombre de démarrages augmente.
…
La liste des « trucs » est longue pour arriver à gagner quelques malheureuses secondes. A vous d’identifier les dysfonctionnements qui perturbent le trafic des ascenseurs de votre établissement.

Sensibilisation

L’optimisation du trafic des ascenseurs passe nécessairement par une campagne récurrente de sensibilisation sous forme :

de mise au courant des utilisateurs « réguliers »,
d’affiches si possible humoristiques.

Par exemple, on pourrait simplement indiquer un petit écriteau indiquant :

pour monter à côté du bouton « flèche vers le haut »,
pour descendre à côté du bouton « flèche vers le bas ».

Moderniser la gestion de trafic

L’amélioration de la gestion du trafic réduit le nombre de démarrages; la consommation énergétique suit la même tendance et le profil de la pointe quart-horaire s’améliore.

Modernisation vers la manœuvre collective complète

La manœuvre à blocage et même la manœuvre collective de descente sont, à l’heure actuelle, complètement dépassées dans les installations où le trafic est important. Si l’installation d’ascenseur est dotée de telles gestions, son remplacement par, au minimum, une gestion à manœuvre collective complète est nécessaire.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Au niveau confort et énergie, on réduit de l’ordre de 50 % respectivement le temps d’une course complète (Round trip time) et l’énergie électrique consommée.
Les deux graphes suivants montrent l’amélioration en temps suite à l’amélioration de la gestion du trafic d’un ascenseur desservant 6 étages :

Amélioration de la manœuvre pour une prise en charge de deux groupes de personnes montant du RdC et du 4^ème vers le 6^ème et de deux autres groupes descendant du 6ème et du second vers le RdC.

Les deux graphes suivants montrent l’amélioration énergétique suite à l’amélioration de la gestion du trafic :

Amélioration de la consommation pour une prise en charge de deux groupes de personnes montant du RdC et du 4^ème vers le 6^ème et de deux autres groupes descendant du 6ème et du second vers le RdC.

Modernisation vers la manœuvre à destination

Schéma ascenseur gestion classique collective

Gestion classique collective.

Schéma ascenseur gestion a destination

Gestion à destination.

De nouveaux types de manœuvres révolutionnent la gestion du trafic dans le sens où le principe de commande et de gestion part d’une autre « philosophie ».
La manœuvre collective complète se base sur :

Une optimisation du trafic par rapport à une proximité d’appel et une direction donnée (montée ou descente).
Un appel à la montée ou à la descente à l’extérieur de la cabine d’ascenseur (commande palière). La gestion sélectionne l’ascenseur le plus proche ou celui ayant honoré toutes ses destinations (capacité de repartir dans une autre direction).
Une sélection de l’étage à l’intérieur de la cabine.

La manœuvre à destination se base, elle, sur :

Une optimisation du trafic par rapport au regroupement d’un maximum d’utilisateurs ayant la même destination dans le même ascenseur. En d’autres termes, la gestion trouve la meilleure adéquation pour amener un maximum d’utilisateurs à destination en un minimum de temps (le moins possible d’arrêts).
La commande palière à la montée ou à la descente est remplacée par une commande palière de l’étage de destination. Un clavier à minimum 10 touches est placé au niveau du palier ou au-delà.
Sur base de cet appel d’étage, la gestion sélectionne l’ascenseur dans le but de constituer un groupe le plus large possible.
La commande d’étage à l’intérieur de la cabine est remplacée par un afficheur de destination.

Techniques

Pour en savoir plus sur les types de gestion du trafic.

Le passage d’une gestion à manœuvre collective complète à une gestion à manœuvre de destination permet théoriquement d’optimiser le trafic. Néanmoins, là où « le bât blesse », c’est que ce type de gestion est très sensible à la motivation des utilisateurs; en effet, la gestion à manœuvre de destination nécessite de leur part une discipline qui ne fait pas en général partie de notre bonne mentalité belge.
Pourquoi ? Pour la simple raison qu’un utilisateur mal intentionné peut perturber le système :

En poussant, par exemple, 10 fois sur le même bouton d’étage, la gestion enregistre une commande pour grouper dix personnes se rendant au même étage; une fausse aubaine pour la gestion. Une fois le « truc » trouvé le système sature directement.
Un utilisateur opportuniste peut très bien, lorsqu’ une cabine se présente en même temps que lui à un étage, entrer dans la cabine sans pousser préalablement sur le clavier de commande de destination et « gonfler » artificiellement le groupe constitué dans la cabine. Il s’ensuit qu’une personne risque, si le groupe constitué est complet, de rester à son étage sans pouvoir rentrer dans la cabine.
…

Bref cette gestion est très prometteuse mais nécessite de trouver des parades à la malveillance.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Stratégie « soft-énergie » à tous niveaux

L’énergie dans le bâtiment, ce n’est pas que chauffer et refroidir…

L’énergie consommée par un immeuble de bureaux, c’est le double de celle demandée par le chauffage et le refroidissement du bâtiment. En effet, l’éclairage, la bureautique, les pompes et ventilateurs, … alourdissent fortement la facture.

Il est utile de prendre le temps d’étudier tous ces aspects globalement, dès le départ. La place réservée à l’éclairage naturel des locaux en est un exemple clair.

Photo bâtiment Iveg à Anvers. Photo bâtiment Iveg à Anvers - 02.

Le siège d’Iveg à Anvers consomme 2 x moins que la moyenne … mais sa conception a été étudiée durant 2 ans, en collaboration avec le centre de recherches du CSTC.

Le siège d’Elia à Bruxelles est Passif, BREEAM et NZEB grâce à la lumière naturelle, 30 cm d’isolation, du triple vitrage et ses 4 000 m² de PV.

L’énergie dans un immeuble, c’est combien par an ?

L’analyse énergétique d’un local type de bureau (Bâtiment ancien avec 8 cm d’isolant) :

entre 70 et 100 kWh/m²/an de chauffage,
120 kWh/m² électricité (soit 300kWh d’énergie primaire /m²).
TOTAL de 385kWh/m²/an d’énergie primaire,
- dont +- 8,5 m³ de gaz naturel et 120 kWh d’électricité ;
Soit +- 47€/m²/an

Dans un immeuble de bureaux QZEN construit aujourd’hui, l’énergie hors bureautique représente un coût d’environ 10 €/m²/an €.

Évaluer

Pour plus d’informations sur les consommations dans différents types d’immeubles climatisés.

Quelle répartition des consommations dans un bâtiment ?

Dans un bâtiment climatisé, en très grosse approximation (puisque tout dépend du type de bâtiment, des vecteurs énergétiques et de son usage), ce coût se répartit en :

15 % pour le chauffage des locaux et de l’air neuf hygiénique,
15 % pour le refroidissement des locaux,
15 % pour l’éclairage,
15% pour les auxiliaires (pompes et ventilateurs) et équipements électriques divers ;
40 % pour la bureautique.

À partir du programme du bâtiment, on demandera au bureau d’études d’établir un bilan global prévisible des sources de consommation.

Concevoir

Pour découvrir un exemple d’analyse des besoins thermiques d’un immeuble de bureaux.

Un choix d’équipements électriques à faible consommation

Une politique « soft-énergie » globale

Pour limiter l’énergie, il est donc tout aussi important d’agir sur le choix du luminaire, sur le mode de régulation de la ventilation que sur l’épaisseur de l’isolant.

Mieux, l’investissement sur des équipements électriques performants permet de faire « coup double » :

économie directe d’électricité,
économie indirecte sur la demande de refroidissement et donc sur la capacité de « s’en sortir sans climatisation » !

Toute consommation électrique se transforme en chaleur…

La consommation électrique a doublé en 15 ans dans le secteur tertiaire ! La bureautique (PC, imprimante, photocopieuse, …) explose. De plus en plus, nous chauffons nos bureaux … à l’électricité !

Mais ce chauffage-là, il nous est impossible de l’arrêter en été. Pire, le ventilateur de l’air de refroidissement chauffe l’air de 1 degré, environ. Donc plus nous surdimensionnons nos installations, plus le ventilateur sera puissant, plus il faudra le refroidir …

Ne sommes-nous pas là dans un cercle infernal ?

Si on ne peut aller totalement contre cette évolution qui impose l’équipement électrique comme outil de développement économique, il nous est possible de l’infléchir lorsque l’on prend conscience de l’impact de nos choix.

Par exemple, à débit constant, si nous doublons le diamètre d’un conduit d’air, la consommation du ventilateur chute au 32ème de sa valeur !!!

Des options à prendre dès le début du projet

Voici une série de propositions qui peuvent permettre concevoir un bâtiment « low-tech », « low-energy » … tout en étant « high-design » !

Assurer dans tous les locaux de vie, un éclairement naturel qui rende l’éclairage artificiel nécessaire pendant moins de 40 % du temps d’occupation.

Concevoir

Choisir les luminaires.

Limiter l’éclairage artificiel à une puissance de 8 Watts/m² pour un éclairement de 500 lux : choix de luminaires et de lampes performantes.

Concevoir

Choisir les luminaires.

Réguler l’éclairage artificiel en fonction de l’éclairage naturel pour ne pas avoir de cumul de chaleur entre éclairage artificiel et éclairage solaire.

Concevoir

Apport d’éclairage naturel dans la page Choisir la gestion et la commande

Réguler l’éclairage et la bureautique en fonction de la présence effective de l’utilisateur.

Concevoir

Choisir les ordinateurs

Placement de l’imprimante et de la photocopieuse à proximité de l’extraction d’air hygiénique (évacuation directe des polluants et de la chaleur dissipée).

Concentration des équipements informatiques et de communication communs (centraux téléphoniques et data, serveurs informatiques, etc…) dans un local séparé des zones de vie ou de travail. Ce local pouvant être refroidi mécaniquement d’une façon distincte.

Intégration des conduits d’air dès la phase de l’esquisse pour favoriser des sections larges et droites, et ainsi limiter les puissances des ventilateurs.

Un emplacement central des groupes de traitement d’air est aussi favorable à ce niveau.

La même démarche peut être réalisée pour les tuyauteries d’eau, mais l’impact énergétique est 10 fois plus faible.

Concevoir

Choisir le réseau de distribution.

Vers une stratégie « soft-énergie »

Poursuivons la traque aux sources de consommation

Sans être ici exhaustif, mais plutôt pour expliquer la logique du raisonnement, on envisagera de :

Maîtriser les apports solaires par le choix de surfaces vitrées limitées (= ne pas vitrer toute la façade) et équipées de protections solaires.

Concevoir

Choisir la fenêtre comme capteur d’énergie solaire.

Prérefroidir l’air hygiénique de ventilation par le passage dans un conduit enterré.

Éviter toute boucle de circulation d’eau chaude sanitaire dans le bâtiment, en décentralisant la production près des points de puisage.

Concevoir

Choisir le réseau d’eau chaude sanitaire

Vers un bâtiment inerte et stable en température intérieure

Si les sources (internes et externes) d’échauffement sont bien maîtrisées, le risque de surchauffe est nettement diminué. Si le bâtiment comporte un grand « réservoir thermique de stockage » : c’est l’inertie de ses parois.

Prévoir d’emblée une inertie thermique accessible suffisante dans les parois : sous l’effet du soleil, le bâtiment ne doit pas se comporter comme une voiture ! Sans inertie, la température intérieure monterait très rapidement et la climatisation mécanique devrait être enclenchée.

Finalement, dans quel type de bâtiment trouvons-nous de la fraîcheur naturelle en été : le préfab de chantier ou l’ancien immeuble de la maison communale ?

Evaluer

Repérer l’origine de la surchauffe

Équipé d’une régulation peu sophistiquée

Et dans ce bâtiment massif, fortement isolé, efficacement ombré, les fluctuations de température seront relativement lentes. Il est donc possible d’y intégrer une forme de régulation qui combine des prises de mesure limitées (la température de quelques locaux représentatifs par exemple) et des actions « douces » (modification d’un régime de température, ouverture modulée d’un dispositif de ventilation, etc.). L’important sera que l’action du système de régulation soit basée sur une mesure la plus représentative possible du ressenti, et donne lieu à des actions mesurées, auxquelles les occupants peuvent déroger. Dans tous les cas, le fonctionnement du bâtiment devra être le plus intuitif possible pour les occupants, et induire naturellement des comportements d’utilisation rationnelle de l’énergie.

Retenons qu’une stratégie « soft-énergie », appliquée à l’ensemble des consommateurs, est un point de départ qui permet ensuite d’envisager pour le traitement thermique des locaux de nombreuses alternatives… douces !

Favoriser les énergies renouvelables

Pour diminuer encore l’appel à des énergies fossiles, il est possible de recourir à la production :

d’eau chaude par des capteurs solaires thermiques ou photovoltaïque,
d’électricité par des capteurs solaires photovoltaïques,
cogénération,
pompe à chaleur à haut rendement,
de chaleur par utilisation de la biomasse (essentiellement le bois).

Concevoir

Pour plus d’informations sur le chauffage solaire de l’eau chaude sanitaire.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les lampes

Les lampes à rejeter !

Les lampes à incandescence et les lampes halogènes énergivores :

très mauvaise efficacité lumineuse ;
durée de vie faible.

Les lampes à vapeur de mercure haute pression

mauvaise efficacité lumineuse ;
mauvais rendu des couleurs ;
altération de la température de couleur en cours d’exploitation.

Les lampes fluorescentes de mauvaise qualité (IRC < 70). P.ex.la teinte 640, 630 …

Notons que l’Europe a pris les choses en main et par différentes directives impose le retrait progressif du marché des lampes les moins efficaces !

Critères de choix des lampes

Le confort lumineux impose un choix de lampe associée à son luminaire qui permet de maîtriser le niveau d’éclairement, l’éblouissement, l’uniformité, … et ce de manière à se conformer aux normes NBN EN 12464-1 et NBN EN 12193. Pour respecter le confort lumineux, quelle que soit la volumétrie du local, le concepteur devra trouver un savant compromis entre le nombre de luminaires, leur puissance, leur coût, leur efficacité énergétique, … Il devra aussi tenir compte d’un indice de rendu des couleurs (IRC) à assurer, de la stratégie de maintenance, de la durée de vie des lampes, leur capacité à dimmer leur flux en fonction de l’apport de lumière naturelle et à accepter un nombre d’allumages/extinctions adapté à l’usage, …

Techniques

pour connaitre les différents types de lampes : cliquez-ici !

Données

pour visualiser un récapitulatif des caractéristiques des différentes lampes, cliquez-ici !

Choix en fonction de la hauteur du local

La hauteur du local va influencer le choix de lampe, c’est une évidence ! Mais il ne faut pas perdre de vue que la lampe est toujours associée à un luminaire. Dissocier les deux n’est pas envisageable dans un projet de conception/ rénovation.

Cependant, un premier tri de lampe s’impose en fonction de la hauteur du local. En effet, toutes les lampes ne sont pas à même de donner un niveau de flux adéquat :

Les lampes à flux lumineux important (à puissance élevée) équiperont les luminaires des locaux de hauteur importante (de l’ordre de 6 à 12 m).
À l’inverse, les lampes à flux lumineux réduit ou basse puissance équiperont les luminaires des locaux de hauteur normale (de l’ordre de 1 à 6 m).

Pour les hauteurs inférieures à 7m

La plupart des lampes à flux lumineux modéré conviennent pour les locaux à hauteur classique.

Lampes fluorescentes

Pour rappel, les lampes fluorescentes sont le plus souvent recommandées, du fait :

Photo lampes fluorescentes.

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

Les systèmes d’éclairage à LEDs

Les systèmes d’éclairage à LEDs envahissent de plus en plus le secteur tertiaire sachant que leur efficacité énergétique se rapproche de celle des lampes fluorescences. On les choisira principalement pour :

leur efficacité énergétique certaine ;
leur rendu de couleur acceptable ;
leur durée de vie très importante.

La technologie LED est en constante évolution et inonde le marché de l’éclairage. On estime que les lampes LED prendront de l’ordre de 80 % du marché à moyen terme. Les seuls freins actuels dans le choix de cette source lumineuse sont naturellement :

l’absence de normalisation qui empêche les comparaisons.
Une qualité très différentes d’une référence à l’autre.

Pour les hauteurs supérieures à 7 m

Dans les locaux de grande hauteur (à partir de 7 – 12 m), on utilise généralement des lampes à décharge sodium HP ou halogénure et iodure métallique. Ce type de lampes est mis en compétition avec, devinez… , les tubes fluorescents et les LEDs !

Lampes à vapeur de sodium ou halogénure métallique ?

Lampes à vapeur de sodium Lampes à halogénure métallique.

Les lampes à vapeur de sodium haute pression ou à vapeur d’halogénure métallique fournissent un flux lumineux par lampe important (jusqu’à 200 000 lm). Elles permettent ainsi d’obtenir un éclairement suffisant avec un nombre réduit de luminaires. Néanmoins, il faut être particulièrement attentif :

à leur emplacement vu les risques d’éblouissement que représentent ces lampes,
aux ombres portées,
à l’uniformité des niveaux d’éclairement (moins de lampes sur la surface à éclairer).

On retiendra encore que vu le faible nombre de points lumineux à installer, la maintenance des lampes à décharge sera plus rapide, ce qui peut représenter un facteur non négligeable dans un local où les plafonds sont hauts et donc peu accessibles.

Lampes fluorescentes

Les progrès réalisés par certains constructeurs sur des luminaires équipés de lampes fluorescentes (de 2 à 4 lampes) pour des hauteurs supérieures à 7 m sont assez spectaculaires.
Ces types de luminaires sont équipés, par exemple, de lampes fluorescentes 4 x 80 W en tube T5 pour des hauteurs d’atelier pouvant aller jusqu’à 12 m avec une efficacité énergétique de ≤2.5 W/m².

Exemple

Pour un atelier de l’ordre de 7 m de haut, vaut-il mieux prévoir de l’équiper de luminaire à lampe aux halogénures métalliques ou à tubes fluorescents ?

Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.
Luminaire à lampe aux halogénures métalliques.	Luminaire à tubes fluorescents.

Pour en savoir plus sur l’étude de cas, cliquer ici !

On voit tout de suite que :

L’installation d’éclairage équipée de lampes aux halogénures métalliques nécessite moins de luminaires pour atteindre le niveau d’éclairement moyen requis. Par contre, l’uniformité sera moins bonne (les alternances taches claires et taches sombres sont plus visibles).

Mais les lampes à décharge haute pression ne sont pas dimmables (du moins sans problème) et donc dans le cas d’un apport important de lumière naturelle, il est recommandé d’utiliser des systèmes d’éclairage dimmables (fluorescentes ou LEDs).

Éclairage ponctuel proche du plan de travail

Étant donné ses nombreux avantages, le luminaire équipé d’une lampe fluorescente doit donc souvent être préféré.

Éclairage local de bureau

Photo lampe fluocompacte.

Lorsque l’on désire un éclairage ponctuel, la lampe fluocompacte (à ballast électronique séparé) est largement préférable à la lampe à incandescence traditionnelle ou halogène. Malgré son prix plus élevé, la lampe fluocompacte permet, sur une durée de fonctionnement de 10 000 heures, d’économiser de 20 à 125 € par lampe (selon la puissance installée) par rapport au placement d’une lampe à incandescence.

Éclairage de décoration et d’accentuation

lampe à vapeur d'halogénure métallique.

La lampe à vapeur d’halogénure métallique de faible puissance (20 à 150 W) est compacte et sa lumière se laisse facilement focaliser. Si un flux lumineux élevé par unité est requis, elle est une alternative efficace à la lampe à incandescence et à la lampe halogène pour l’éclairage de décoration, par exemple dans les halls d’accueil et les salles d’exposition. Des luminaires indirects équipés de lampes à vapeur d’halogénure métallique de puissance moyenne (150 W, 250 W) réalisent une économie d’énergie de 70 % par rapport aux lampes halogènes.

Éclairage d’un tableau ou de documents affichés sur les murs

Photo éclairage tableau.

Source : Etap.

Un éclairement suffisant sur le tableau ne pourra être obtenu que par un éclairage spécifique.
Pour obtenir un éclairage uniforme sur le tableau, le tube, de par sa forme allongée, est le plus adéquat. Les lampes fluocompactes peuvent aussi convenir, mais on obtiendra plus facilement des « ronds » de lumière et l’éclairage sera donc moins uniforme.

Exemple.

Une classe est éclairée par :

éclairage général : 9 luminaires basse luminance de 2 x 36 W chacun,
éclairage du tableau : 3 luminaires asymétriques de 50 W chacun.

L’éclairement moyen mesuré dans la classe est de 420 lux pour une puissance d’éclairage général de 9 W/m². Le niveau d’éclairement du tableau, lorsque son éclairage spécifique est allumé, est de 436 lux. Lorsque l’on se contente de l’éclairage général, le niveau d’éclairement moyen du tableau est de 99 lux, ce qui est nettement insuffisant.

Choix en fonction de l’éclairage naturel

Source : Philips.

Dans les locaux qui ont accès à la lumière naturelle (présence de baie vitrée), le choix de lampe tiendra compte de la compatibilité avec le « dimming » en vue d’adopter une gestion du flux lumineux en fonction de la lumière naturelle.

Les lampes facilement dimmables

Le choix des lampes fluorescentes (type tube fluo) et les LEDs sera intéressant pour réaliser un dimming efficace en fonction du niveau d’éclairage naturel dans le local concerné.

Les lampes fluocompactes

Mis à part les lampes fluocompactes à 4 pin avec ballast électronique, ce type de lampe à 2 pin et à visser ne peuvent pas être dimmée de manière efficace.

Les iodures et halogénures métalliques

Ce type de lampe ne peut être dimmé au maximum qu’à 50 % (et souvent il y des problèmes de changement de couleur (collor shift) dans le cas de dimming. Si les baies vitrées sont de grandes tailles, le choix des lampes à iodure ou halogénure métallique ne sera pas judicieux.

Choix en fonction du temps de fonctionnement et de la fréquence d’allumage/extinction

Locaux à temps d’occupation prolongé

Comme son nom l’indique, ce type de local accueille des occupants pendant un temps suffisamment long pour envisager un choix de lampes qui ne supportent pas trop les temps courts de fonctionnement et les fréquents cycles d’allumage/extinction. En effet, elles ont besoin d’un certain temps pour chauffer et stabiliser leur flux lumineux. Enfin, les cycles fréquents d’allumage/extinction réduisent leur durée de vie.

On pointera les locaux comme les bureaux, les classes de cours, les salles de réunion, les salles de sports, …

Pour un temps de fonctionnement prolongé avec un nombre restreint de cycle d’allumage extinction, les lampes suivantes conviennent bien :

les lampes fluorescentes ;
les lampes à iodure et halogénure métallique ;
les lampes à vapeur de sodium HP ;
les LEDs.

Locaux à temps d’occupation sporadique

On retrouve des locaux comme les archives, les espaces techniques, … Pour ce type de local, pratiquement toutes les sources lumineuses énergétiquement efficaces conviennent puisque le nombre d’allumage et d’extinction est faible au cours du temps. Ce constat s’appuie aussi sur le fait que ces locaux n’ont pas d’accès à la lumière naturelle et ne nécessitent pas de sources lumineuses « dimmables ». Dans ce cas bien précis, ce sera surtout l’aspect financier qui prévaudra.

Locaux où l’allumage et l’extinction de l’éclairage sont fréquents

On regroupe ici toutes les circulations et les locaux sanitaires. Pour un nombre d’allumage et d’extinction important, les lampes fluorescentes à ballast électroniques et les LEDs conviennent parfaitement.

Choix en fonction de l’IRC et de la température de couleur

Le rendu des couleurs

Pour certaines tâches où la reconnaissance des couleurs est importante, on prendra en compte le paramètre de rendu de couleur. Dans les commerces, cette caractéristique (qualité de la lumière produite) est primordiale et peut être satisfaite avec l’emploi de produits efficaces (autre qu’incandescente) ! Dans d’autres pièces, comme les circulations, cette donnée aura moins d’importance.

La norme EN 12464-1 définit, pour chaque tâche ou local, une valeur de l’indice de rendu de couleur (IRC ou Ra).

Le prix d’achat domine souvent lors du choix du tube fluorescent, choix qui se fait alors sans trop tenir compte du rendu des couleurs.

Les tubes dits « standards » (type 29, 33, 129, 133, 20 ou 30 = anciens codes – ou encore 640,630 …selon les marques) sont nettement moins chers à l’achat que les tubes « type » 830 ou 840. Ils présentent cependant deux inconvénients :

un indice IRC ou Ra réduit, souvent incompatible psychologiquement avec le travail de bureau, mais suffisant pour des circulations (IRC de classe 3 (IRC entre 40 et 60)) ;
une efficacité lumineuse inférieure.

Les tubes standards seront donc à éviter. Dans la pratique, on peut choisir des lampes 830 – 840 dans toutes les situations standards. Cela uniformise les ambiances et facilite la maintenance.

À l’opposé, des lampes à rendu de couleur supérieur (IRC > 90) sont réservées aux magasins de mode, musées, laboratoires ou industries où la fidélité des couleurs est primordiale. Ces lampes sont nettement plus chères et ont généralement une mauvaise efficacité lumineuse.

La température de couleur

La température de couleur de la lampe influence l’impression de confort visuel de l’œil.
La norme EN 12464-1 laisse une certaine latitude quant au choix de la température de couleur des lampes.

La température de couleur d’une lampe fluorescente est indiquée sur la lampe ou dans le catalogue des fabricants.
En pratique, on choisira :

Des teintes froides (Tc = 4 000 K) dans les locaux de travail où les lampes sont utilisées en journée, en complément à la lumière naturelle.
Des teintes chaudes pour l’éclairage des habitations ou assimilées.
Des teintes froides pour des éclairements élevés ou dans des climats chauds.
Des teintes de couleur très froides (température de couleur > 5 000 K), appelées également « lumière du jour » dans les locaux aveugles. En effet, proches de la lumière naturelle, elles ont un effet favorable sur le bien-être des occupants.

Il faut éviter l’utilisation simultanée des teintes froides et des teintes chaudes, ce qui gêne l’adaptation chromatique de l’œil et crée des perturbations visuelles. Ainsi, lorsque les locaux ont un apport important de lumière naturelle, la tendance sera de choisir une température de couleur plus élevée pour éviter de trop grandes différences entre l’éclairage artificiel et naturel.

Dans les locaux où il n’y a pas d’apport de lumière naturelle, la lumière dynamique peut simuler la teinte de la lumière du jour (évolue dans le courant de la journée).

Le spectre lumineux

Les tubes fluorescents présentent une gamme très étendue en termes de température et de rendu des couleurs, ainsi qu’en termes de spectre lumineux. Les fabricants reprennent dans leur catalogue le type d’application de leurs lampes. Cela permet de vérifier si le choix réalisé correspond bien à sa situation propre. Il existe par exemple des lampes pour boucherie qui ont pour but d’accentuer la couleur rouge de la viande.

Données

pour connaitre les caractéristiques générales des différents types de lampe : cliquez ici !

Choix en fonction de l’efficacité énergétique et du prix de revient

Toutes les lampes ne sont pas égales du point de vue de l‘efficacité énergétique et « fonctionnelle » (durée de vie moyenne, utile, …). Le choix entre les différents types dépendra aussi du prix de revient de l’installation, c’est-à-dire de l’investissement (lampes et luminaires), de la consommation des frais de maintenance, de la durée de vie et du nombre d’allumages/extinctions autorisés. En effet, il ne suffit pas de choisir une lampe efficace, mais impayable.

Données

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Remarque : l’Europe, via ses directives, a entrepris la labellisation des différentes lampes, ce qui permet de comparer plus aisément l’efficacité de différentes lampes. Pour en savoir plus, cliquez ici.

Exemple de calcul par rapport à l’exploitation.

Voici le coût des différentes lampes envisageables dans des ateliers de grande hauteur. Ces coûts sont établis au départ d’une liste de prix d’un fabricant. Ils regroupent le coût d’achat des lampes et le coût de la consommation (ici pris égal à 11 c€/kWh), pour la fourniture d’environ 200 000 lm, pendant 30 000 heures.

On ne tient pas compte ici,

du coût des luminaires,
du rendement du luminaire,
ni de la perte supplémentaire d’efficacité lumineuse due au ballast.

Remarque.

On se doute que les valeurs reprises dans le tableau sont purement théoriques. En effet, on se rend bien compte, qu’à dimensions de local égales, l’uniformité obtenue avec 4 lampes sodium HP de 400 W, par rapport à 38 lampes fluorescentes de 58 W, est nettement inférieure.

Type de lampe	Tube fluorescent 58 W	Sodium haute pression 250 W	Sodium haute pression 400 W	Sodium haute pression confort 250 W	Sodium haute pression confort 400 W	Halogénure métallique 250 W	Halogénure métallique 400 W
Efficacité énergétique (lm/W), auxiliaires compris	90	108	120	88	93	76	88
Puissance installée (W)	38 x 58	7 x 250	4 x 400	10 x 250	6 x 400	12 x 250	6 x 400
Durée de vie utile (h)	16 000	16 000	16 000	12 000	12 000	6 000	6 000
Coût d’achat unitaire (€)	6.6	53	56	55	60	57	57
Coût d’achat (€)	474 (71 lampes)	689 (13 lampes)	448 (8 lampes)	1 350 (25 lampes)	900 (15 lampes)	3 420 (60 lampes)	1 710 (30 lampes)
Coût de consommation (€)	7 273	5 775	5 280	8 250	7 920	9 900	7 920
Coût total (€)	7 747	6 464	5 728	9 600	8 880	13 320	9 630

Conclusion

On se rend compte que les lampes à vapeur de sodium HP offre des avantages pour autant qu’il ne soit pas nécessaire d’obtenir un rendu de couleur élevé; ce qui est rarement le cas en éclairage intérieur (Ra de l’ordre de 80 dans la plupart des types de tâches). Pour rester dans des prix abordables en exploitation, la solution des luminaires équipés de lampes fluorescentes est intéressante.

Calculs	Pour comparer plus précisément le prix de revient de plusieurs installations, en connaissant, le prix d’un luminaire (placement compris), le prix des lampes, le rendement du luminaire. cliquez ici !
Données	Pour connaître et comparer les caractéristiques et les performances des différentes lampes, cliquez ici !

Choix en fonction de la température ambiante du local

Le calcul du rendement d’une lampe s’effectue à température optimale. Ceci est particulièrement important dans le choix entre les lampes T8 et T5, par exemple. Sachant que les T5 atteignent leur flux lumineux maximum à 35 °C de température ambiante et les T8 à 25 °C, il est difficile, de déterminer quel type de lampe est à privilégier. En effet, selon que la valeur réelle de la température ambiante se situe plus vers 25 °C ou 35 °C le rendement lumineux chute de 10 % pour l’un ou pour l’autre des types de lampe.

En ce qui concerne les LEDs, celles-ci sont très sensibles à la température. C’est la température de jonction qui prévaut. Plus la température de la jonction est basse, meilleure est son efficacité lumineuse. Autrement dit, dans les ambiances froides comme les applications en froid alimentaire ou dans les locaux non chauffés, un système d’éclairage à LED convient bien.

Tableau récapitulatif des choix

Type de lampe	Efficacité lumineuse	IRC	Durée de vie	Dimmable	Insensibilité allumage/exctinction	Prix	Domaine d’application
Tube fluorescent	+++/–*	Bon à élevé	+++/–	Oui	++/–	+	Éclairage général des commerces et bureaux, éclairage industriel, sportif.
Fluo- compacte culot à visser	+/–	Bon	–	Oui certains produits spéciaux	+/–	++	En substitution aux incandescentes.
Fluo- compacte +culot à broche	++/-	Bon à élevé	–	Oui	++/–	++	Éclairage domestique et tertiaire.
Halogénures métalliques	+++/–	Bon à élevé	+	Non	–	+/—	Éclairage tertiaire, accentuation dans les commerces, éclairage public, sportif et industriel.
Sodium haute pression	+++/–	Moyen à bon	++/–	Oui	—	+/–	Éclairage routier, industriel, horticole, des salles et terrains de sport.
Sodium basse pression	++++	N. C.	++	Non	—	+/-	Éclairage autoroute.
LED	+/—	Bon	+++	Oui	++	–	Éclairage domestique et tertiaire (couloir et sanitaire).

* L’étendue des indicateurs illustre l’étendue des produits disponibles.

Données

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Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir un fluide frigorigène [Concevoir – Climatisation]

Il existe différents types de fluides frigorigènes sur le marché. En voici les critères de choix :

L’impact environnemental

Reprenons différents fluides en fonction de leur impact environnemental dans le tableau ci-dessous. Ce tableau met bien en évidence le fait que les HFC sont en sursis comme le prévoit la réglementation européenne (règlementation dite F-gaz). Celle-ci prévoit en effet une réduction d’utilisation de 79% de l’utilisation des gaz fluorés d’ici 2030 par rapport à l’utilisation faite en 2015.

Aujourd’hui les solutions de remplacement ne sont pourtant si pas évidentes. Il faudra s’orienter vers des (nouveaux ?) fluides à faible Potentiel de Réchauffement Global (PRG) ou des fluides naturels.

Cependant, pour ces derniers, il faudra faire face aux contraintes de sécurité associées au CO₂ (haute pression) au propane et au butane (inflammabilité) et à l’ammoniac (toxicité).

	ODP (/R-11)	GWP (kg éq. de CO2)		ODP (/R-11)	GWP (kg éq. de CO2)
CFC (interdits)			Mélanges de HCFC
R-11	1	4 000	R-404A	0	3 260
R-12	0,8	8 500	R-407C	0	1 530
R-502	0,2	5 490	R-410A	0	1 730

HCFC			Mélanges à base R-22
R-22	0,04	1 700	R-408A	0,7	2 650

HFC (corps purs)			Autres
R-134a	0	1 300	Propane / Butane	0	20
R-125	0	2 800	Ammoniac	0	<1
R-143a	0	3 800	CO2	0	1

Remarque : certains imaginent qu’à défaut de trouver le gaz parfait, on pourrait produire le froid dans des machines frigorifiques très compactes (donc contenant peu de fluide), puis transférer le froid par des caloporteurs (eau glycolée, CO₂,.). Dans ce cas, le problème du fluide ou de sa sécurité est moins crucial.

L’impact énergétique (ou qualité thermodynamique)

Par ses propriétés thermodynamiques, le fluide frigorigène influence la consommation énergétique de la machine frigorifique. Pour illustrer ce point, nous reprenons ci-dessous les résultats d’une étude comparative entre 5 fluides différents, utilisés dans une même machine, avec les mêmes conditions de fonctionnement.

Source : ADEME, « le froid efficace dans l’industrie ».

Dans chaque cas, l’objectif est de produire une puissance frigorifique de 100 kW.

	NH3	R-134a	R22	propane	R-404A
Puissance effective sur l’arbre [kW]	30,7	30,9	32,1	33,1	35,1
Coefficient de performance frigorifique	3,26	3,24	3,12	3,03	2,85
Débit volumique balayé dans le compresseur [m³/h]	239	392	224	250	217
Débit volumique de liquide frigorigène [m³/h]	0,53	1,91	1,75	2,42	2,70
Température de refoulement de la compression réelle adiabatique [°C]	156	60	87	63	59

Hypothèses de l’étude

Cycle à compression monoétagée;
Température d’évaporation : – 15°C;
Surchauffe à la sortie de l’évaporateur : 5 K;
Surchauffe à l’entrée du compresseur : 10 K;
Température de condensation : 30 °C;
Sous-refroidissement en sortie de condenseur : 5 K
Taux d’espace mort du compresseur : 3 %.

Analyse

Les températures de refoulement de la compression indiquée sont légèrement plus élevées qu’en réalité parce que le compresseur est placé dans une situation de non-échange avec l’extérieur (adiabatique). Par exemple, le compresseur réel à l’ammoniac qui échangerait 1/10 de sa puissance sur l’arbre aurait une température au refoulement d’environ 142°C.

On constate que le groupe au R-404A consomme 14 % de plus que le groupe à l’ammoniac. La machine équipée de propane n’est pas très performante non plus.

Le R-134a est très performant sur le plan énergétique. Par contre, le débit volumique balayé par le compresseur est nettement plus élevé, ce qui va augmenter la taille du compresseur et des conduites d’aspiration (coût d’investissement plus élevé).

L’ammoniac présente un très faible débit volumique de liquide frigorigène et donc un faible diamètre de la conduite de liquide.

Reprenons les chiffres du COP frigorifique en partant d’une référence 100 pour le R-22 :

	NH3	R-134a	R22	propane	R-404A
Coefficient de performance frigorifique	3,26	3,24	3,12	3,03	2,85
Si le R-22 est pris en référence 100 :	105	104	100	97	91

Des résultats similaires ressortent d’une autre étude relatée par l’ASHRAE, avec comme différence notable un coefficient 99 pour le R-404A. Il faut dire que ce genre d’étude est fonction des options choisies : prendre la même machine frigorifique et changer juste le fluide, ou optimiser tous les composants en fonction des caractéristiques de chaque fluide pour produire la même puissance ?

Cette deuxième étude fournit les coefficients pour d’autres fluides :
R-410A : 99
R-407C : 95

À noter que les débits demandés par le R-407C sont, à 1 % près, identiques à celui du R-22 : il a justement été conçu comme fluide de remplacement. Il est malheureusement zéotrope et présente donc un glissement de température lors du changement d’état (un « glide ») de 7,2 °C, ce qui lui fait perdre 5 % de rendement énergétique.

Conclusion

L’ammoniac et le R-134a présentent une performance énergétique meilleure, mais cet avantage n’est pas suffisant que pour conclure sur ce seul critère.

La sécurité d’usage

De nombreuses études poussées sont menées sur les aspects :

toxicité (par inhalation);
action biologique (cancers, malformations des nouveaux-nés);
action sur les denrées entreposées en chambre froide;
inflammabilité.

Certains critères sont facilement quantifiables

par la concentration limite d’exposition (exprimée en ppm);
par la limite inférieure d’inflammabilité (concentration, en volume, dans l’air sous la pression atmosphérique).

Ce qui a permis de définir un code sécurité (Standard 34 Safety Group) :

	NH3	R-134a	R22	propane	butane	R-407C	R-404A	R-410A
Conc. limite d’exposition (ppm)	25	1 000	1 000	2 500	800	1 000	1 000	1 000
limite inf. d’inflammabilité (%)	14,8	–	–	2,3	1,9	–	–	–
Code sécurité	B2	A1	A1	A3	A3	A1	A1	A1

La toxicité de l’ammoniac et l’inflammabilité des hydrocarbures entraînent des mesures de sécurité toutes particulières pour leur usage.

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.

Les contraintes techniques

Elles sont nombreuses (niveaux de pression requis, comportement du fluide en présence d’eau, viscosité et donc tendance à fuir de l’enceinte, commodité de détection d’une fuite) et vont influencer l’efficacité et la fiabilité de l’installation.

Une des contraintes fort importantes est le couple formé par le fluide frigorigène et l’huile de lubrification.

De l’huile est nécessaire au bon fonctionnement du compresseur. Un séparateur d’huile est prévu à la sortie du compresseur, mais son efficacité n’est jamais totale. Et la petite quantité d’huile entraînée par le fluide risque de se déposer au fond de l’évaporateur (basse température et faible vitesse). L’échange thermique est diminué et, à terme, l’huile risque de manquer au compresseur. Si autrefois la miscibilité entre le fluide CFC et les huiles minérales était très bonne (le fluide « entraînait » avec lui une certaine dose d’huile assurant une lubrification permanente), il faut aujourd’hui adopter des huiles polyolesters, plus coûteuses, très sensibles à la présence d’eau, et dont on doit vérifier la compatibilité avec les différents matériaux en contact (métaux, joints élastomères, vernis moteur,.).

L’élimination des fluides frigorigènes chlorés, bonne chose pour l’ozone stratosphérique, en est une mauvaise pour la lubrification, le chlore étant bénéfique à la présence du film d’huile. L’emploi d’additifs divers dans les huiles a dû y suppléer.

Le coût

Le prix au Kg du frigorigène est très différent selon qu’il s’agisse d’un fluide simple, comme l’ammoniac, ou d’un fluide plus complexe comme un mélange de HFC.

Mais le coût du fluide frigorigène rapporté à celui de l’installation se situe entre 1 et 3 %, ce qui reste faible. Et les coûts indirects liés au choix du fluide (dispositifs de sécurité, équipements électriques anti-déflagrant, conception étanche du local technique,…) sont sans doute plus déterminants.

Les tendances futures

En HVAC, l’utilisation courante des fluides frigorigènes CFC (R11, R12 et R502) et HCFC (R22) a été proscrite, car ils avaient le pouvoir de détruire la couche d’ozone et de renforcer l’effet de serre.

Depuis 1990 est apparue une nouvelle famille : les HFC, fluides purement fluorés, dont le R-134a est le plus connu. Malgré tout, ce genre de fluide frigorigène n’est pas idéal sur le plan de l’environnement. Dès lors, l’utilisation dégressive de ces gaz fluorés est imposée par la réglementation. On devra alors s’orienter vers des fluides à potentiel de réchauffement global faible. Cela passera très certainement par :

L’élargissement de l’utilisation des fluides toxiques (amoniac) et inflammables (propane, butane)
Le développement de nouvelles molécules et de nouveaux mélanges
La réduction drastique de la charge et confinement du fluide frigorigène
Le retour du CO₂

À ce sujet, une étude a été menée en France par Armines CES, le Cemafroid et ERéIE pour l’AFCE avec le soutien de l’ADEME et d’UNICLIMA. Ce rapport présente notamment un série d’alternatives par secteur. Vous pouvez le télécharger en cliquant ici.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Comparer deux régimes de température d’eau glacée pour un ventilo-convecteur

Comparer deux régimes de température d'eau glacée pour un ventilo-convecteur

Principe du bilan

Comparons deux installations de climatisation équipées de ventilos-convecteurs.

La différence principale réside dans le choix des températures du régime d’eau glacée : si la boucle d’eau fonctionne sous plus haute température, le COP de la machine frigorifique s’en trouvera amélioré et la condensation de l’humidité de l’air sera diminuée.

Le coût d’exploitation en sera plus faible.

Bien sûr, un surdimensionnement des appareils sera nécessaire au départ, et donc un surcoût d’investissement…

Sélection des équipements

Supposons un bâtiment de 120 bureaux de 12 m² dont les exigences sont :

Puissance en froid nécessaire par bureau (puissance sensible : 1200 W)
Taux de ventilation : 30 m³/h/bureau
Niveau sonore < NR 35
Consigne ambiante : 25°C

Sélection n°1 : appareil X, taille 2 – régime 6/12°C

Investissement : 320 € pour le ventilo et 195 € pour l’habillage.

Caractéristiques de fonctionnement en vitesse moyenne :

Puissance sensible : 1,23 kW
Puissance totale : 1,63 kW

Autrement dit, suite à sa température en dessous du point de rosée de l’ambiance, l’appareil va déshumidifier l’ambiance et consommer 1,63 kW, alors que 1,23 sont utiles en sensible. Soit 32 % supplémentaires…

En tablant sur un taux d’utilisation simultanée des équipements de 80 %, on déduit une puissance totale appelée au groupe frigorifique de :

Q_frigo = 120 X 1,63 kW x 0,8 = 156 kW

Sélection n°2 : appareil X, taille 4 – régime 12/16°C

Investissement : 440 € pour le ventilo et 220 € pour l’habillage.

Caractéristiques de fonctionnement en vitesse moyenne :

Puissance sensible : 1,23 kW
Puissance totale : 1,41 kW

Autrement dit, suite à sa température en dessus du point de rosée de l’ambiance, l’appareil ne va pratiquement pas déshumidifier l’ambiance et ne consommera que 15 % supplémentaires…

En tablant sur un taux d’utilisation simultanée des équipements de 80 %, on déduit une puissance totale appelée au groupe frigorifique de :

Q_frigo = 120 X 1,41 kW x 0,8 = 135 kW

Sélection du groupe frigorifique

Dans le premier cas, on sélectionne un groupe frigo dans le catalogue d’un fournisseur :

Puissance froid : 156 kW
Puissance électrique : 52 kW
Efficacité frigorifique en régime 6°C/12°C: 156/52 = 3
Prix d’achat : 16 500 €

Dans le deuxième cas, on sélectionne une machine moins puissante :

Puissance froid : 135 kW
Puissance électrique : 45 kW
Efficacité frigorifique en régime 6°C/12°C : 135/45 = 3
Prix d’achat : 15 500 €

Comparaison des coûts d’exploitation

Gain sur la déshumidification de l’air ambiant

Hypothèse de départ : le taux de brassage de l’air dans le ventilo-convecteur est de l’ordre de 8 vol/h. Autrement dit, on estime en première approximation que la teneur en eau de l’air ambiant se stabilise à la teneur en eau de l’air saturé à la température moyenne de la batterie froide (l’entièreté de l’air du local passe tellement de fois dans le ventilo-convecteur que toute l’eau condensable contenue dans l’air sera évacuée).

Passage de l’air sur la batterie froide du ventilo-convecteur.

cas du ventilo travaillant en régime 6°C/12°C (température moyenne de batterie de 9°C (point B1)). Ambiance du local (point A1) : température ambiante de 25°C, teneur en eau de l’air : 7,1 g/kg.

cas du ventilo travaillant en régime 12°C/16°C (température moyenne de batterie de 14°C (point B2)). Ambiance du local (point A2) : température ambiante de 25°C, teneur en eau de l’air : 10 g/kg

Pour une température ambiante de 25°C, la différence d’enthalpie DH entre les points d’ambiance est de :

50,5 kJ/kg – 43,3 kJ/kg = 7,2 kJ/kg.

On estime que ce gain d’énergie de 7,2 kJ/kg est effectif durant 875 h/an (nombre d’heures en semaine de 8 à 18h, pendant lesquelles la température extérieure est supérieure à 14°C, selon le fichier météo moyen de Uccle).

Le gain énergétique par ventilo s’élève donc à :

7,2 kJ/kg x 30 m³/h x 1,2 kg/m³ = 259 kJ/h ou 72 W

72 W x 875 h/an = 63 kWh_thermiques/an

63 kWh_thermiques/an / 3 = 21 kWh_électriques/an ou 3,6 €/an (à 0,16 €/kWh)

(avec un COP de machine frigorifique de 3).

Ou pour 120 ventilo-convecteurs avec un facteur de simultanéité de 0,8 :

3,6 €/an x 120 x 0,8 = 346 €/an

Gain sur l’augmentation des performances de la production de froid

On considère que, dans des conditions standards, une machine frigorifique fonctionne à sa pleine puissance environ 1000 h/an.

En fonction de la solution choisie, la production de froid consommera donc :

	Production thermique	Consommation électrique (COP de 3)
Régime 6/12°C (156 kW)	156 kW x 1000 h/an = 156 000 kWh_th	156 000 kWh_th/an / 3 = 52 000 kWh_élec/an
Régime 11/16°C (135 kW)	135 kW x 1000 h/an = 135 000 kWh_th	135 000 kWh_th/an / 3 = 45 000 kWh_élec/an

Cependant, on estime qu’augmenter la température d’évaporation de la machine frigo de 1°C diminue sa consommation de 3%.

Ainsi, si la température moyenne de l’eau dans l’évaporateur augmente de 5°C en changeant de régime de dimensionnement des ventilateurs (on fait l’hypothèse favorable que la production de froid n’alimente que les ventilos-convecteurs), c’est-à-dire qu’elle passe de 9° à 14°C, on gagne 15% sur la consommation électrique de la machine frigo de 135 kW. Sa consommation devient donc :

85% x 45 000 kWh_élec/an = 38 250 kWh_élec/an

Si la machine frigorifique n’alimente que des ventilos-convecteurs, le gain réalisable grâce aux performances de la machine frigorifique s’estime donc à :

52 000 kWh_élec/an – 38 250 kWh_élec/an = 13 750 kWh_élec/an

ou 2200 €/an à 0,16 €/kWh.

Si la machine frigorifique alimente également des batteries de traitement d’air à un régime 6°/12°, la température moyenne de l’évaporateur diminuera (en fonction du type de raccordement hydraulique). Le gain sur le rendement de la machine frigo peut devenir quasi nul. Le gain total sera alors réduit à :

52 000 kWh_élec/an – 45 000 kWh_élec/an = 7000 kWh_élec/an

ou 1120 €/an à 0,16 €/kWh.

Remarque : ce calcul reste théorique car le COP des machines frigorifiques d’une même gamme varie et cette variation n’est pas fonction de la puissance.

Comparaison des coûts d’investissement

Pour 120 ventilo-convecteurs :

	Ventilos	Habillage	Machine frigo	Total
Régime 6/12°C	38 400 €	23 400 €	16 500 €	78 300 €
Régime 12/16°C	52 800 €	26 400 €	15 500 €	94 700 €

Différence				16 400 €

Bilan global

	Différence (- = perte, + = gain)
Coût ventilos (1)	de -14 400 à -17 400 €
Coût machine frigo	+1 000 €
Coût total	de -13 400 à -16 400 €
Gain sur la déshumidification	+346 €/an
Gain sur la production de froid (2)	de +1 120 €/an à 2 200 €/an
Gain total	de 1 466 €/an à 2 546 €/an
Temps de retour	de 5,3 ans à 11,2 ans

(1) avec ou sans habillage.
(2) si on peut ou pas faire fonctionner la machine frigo à haute température.

Le bilan final dépend fortement du surcoût des ventilo-convecteurs (achat de l’habillage ou non) et de la possibilité d’exploiter l’augmentation du régime de fonctionnement également au niveau de la production de froid. Tout dépend des autres types d’équipement également alimentés en eau glacée.

Cet exemple montre également que chaque cas est particulier et mérite une analyse approfondie.

Par ailleurs, n’oublions pas dans le bilan, l’amélioration du confort (augmentation de la température de pulsion) et la réduction des risques liés à la condensation sur les tuyauteries de la boucle d’eau glacée …

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’isolant pour une toiture existante [Améliorer]

Lattes
Contre-lattes
Sous-toiture
Isolant
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

Performances thermiques à atteindre : la réglementation

Outre un niveau de performance global à atteindre (Kglobal ou Be 450), la réglementation wallonne en matière d’isolation exige des valeurs maximales pour le coefficient de transmission thermique (Umax) des parois faisant partie de la surface de déperdition.

En rénovation, ces valeurs doivent être respectées pour toute paroi qui fait l’objet d’une reconstruction ou qui est ajoutée.

Il se peut également que ces valeurs (ou même des valeurs plus sévères) doivent être atteintes, et ce même si un mur n’est pas directement touché par la rénovation, lorsqu’il y a changement d’affectation du bâtiment, de manière à atteindre le niveau global d’isolation (K_global ou Be 450).

Élément de la surface de déperdition	U_max(W/m²K) (Annexe C1 de la PEB)
Toiture entre le volume protégé et l’ambiance extérieure ou ensemble de plafond + grenier + toiture.	0,3

Performances thermiques à atteindre : les recommandations

Si l’on s’en tient à la réglementation, un coefficient de transmission thermique U (anciennement k) de 0,3 [W/m²K] est requis pour les toitures. Mais il faut comprendre cette valeur comme l’exigence de qualité minimale à respecter, sorte de « garde fou » que la Région a voulu imposer aux constructeurs.
En pratique, l’épaisseur est le résultat d’un compromis :

plus on isole, plus la consommation diminue (chauffage et climatisation), et avec lui le coût d’exploitation du bâtiment.

plus on isole, plus le coût d’investissement augmente.

Aujourd’hui, l’optimum se situe à :

U = 0,3 [W/m²K], pour les toitures

Cette valeur permet de satisfaire de manière plus aisée l’exigence de niveau d’isolation globale (K).
Quelques considérations complémentaires :

Ci-dessus, nous avons suivi une logique de rentabilité financière. Si une logique de rentabilité écologique était prise, la lutte contre 2>le CO₂ nous pousserait vers une isolation plus forte !

Maintenir 20°C dans un bâtiment, c’est un peu comme maintenir un niveau de 20 cm d’eau dans un seau troué. Aux déperditions du bâtiment correspondent des fuites dans la paroi du seau . En permanence nous injectons de la chaleur dans le bâtiment. Or, si en permanence on nous demandait d’apporter de l’eau dans le seau pour garder les 20 cm, . notre premier réflexe ne serait-il pas de boucher les trous du seau ?

Expliquez aux Scandinaves, aux Suisses,. que nous hésitons entre 6 et 8 cm d’isolant, vous les verrez sourire, eux qui placent couramment 20 cm de laine minérale, sans état d’âme !

Épaisseur de l’isolant pour atteindre les performances recommandées :

Pour une toiture inclinée, l’épaisseur d’isolant à poser en fonction du coefficient de conductivité thermique est donnée sur le graphique ci-dessous. Pour chaque isolant, il existe un intervalle de valeurs possibles pour la conductivité thermique. Le diagramme ci-dessous permet de déterminer dans quel intervalle d’épaisseur il faudra se situer en fonction du type d’isolant choisi. Les valeurs présentées font références à une toiture standard dont le détail technique est donné ci-dessous.

À droite : Épaisseur d’isolant nécessaire pour atteindre U = 0.3 W/m²K dans le cas d’une toiture inclinée de référence en fonction de la conductivité thermique (λ) ou du type d’isolant choisi (les intervalles de valeurs pour chaque isolant correspondent aux valeurs certifiées).

À gauche : Détail technique de la toiture inclinée prise comme référence.

Les isolants considérés ici sont ceux qui sont habituellement retenus lors de la réalisation d’une toiture inclinée.

Pourquoi une isolation plus poussée en toiture que dans les murs ?
Si la température extérieure est cette fois identique dans les 2 cas, le placement de l’isolant en toiture est plus facile à mettre en œuvre en forte épaisseur. Le coût est proportionnellement moindre. La rentabilité de la surépaisseur est meilleure.

Pourquoi une isolation moins poussée sur le sol ?
En hiver la température du sol est plus élevée que la température extérieure. La « couverture » peut donc être moins épaisse.

Type d’isolant

L’isolant doit bénéficier d’un agrément technique certifiant ses qualités et sa compatibilité avec l’usage qui en est fait. La valeur de calcul de la conductivité thermique (λ_U) d’un isolant possédant ce type d’agrément est connu avec précision. Il est certifié par le fabricant. Il est régulièrement vérifié par des essais. Il peut être utilisé pour calculer les performances de la paroi à la place des coefficients moins favorables tabulées dans les normes (Annexe VII de la PEB).

Cas d’une isolation par l’extérieur ou d’une isolation par l’intérieur avec sous-toiture

concevoir

Dans les cas d’une Toiture « Sarking »ou d’une isolation par éléments autoportants ou d’une isolation entre chevrons avec sous-toiture, le type d’isolant se choisit comme pour une nouvelle toiture.

Cas d’une isolation par l’intérieur sans sous-toiture

L’isolant doit être hydrophobe et non capillaire de sorte qu’en cas d’infiltration d’eau, l’eau ne stagne pas et ne pénètre pas dans l’isolant. On évite ainsi qu’il perde sa capacité isolante et qu’il se détériore.

L’isolation entre les chevrons peut se faire avec de la laine minérale, du polystyrène expansé, du polystyrène extrudé ou un isolant biosourcé.

Le polyuréthanne est à éviter en raison de sa sensibilité à l’eau.

l’efficacité isolante,
la compatibilité avec le support,
le comportement au feu,
le prix.

C’est au concepteur de choisir ceux qui sont prioritaires.

L’efficacité isolante

La valeur isolante du matériau dépend de son coefficient de conductivité thermique λ . Plus sa conductivité est faible, plus l’isolation sera efficace et donc plus l’épaisseur nécessaire à mettre en œuvre sera réduite. Le matériau doit également conserver une efficacité suffisante dans le temps.

Les isolants minces réfléchissants ont fait l’objet d’une polémique importante ces dernières années.

Qu’en penser ? Nous reproduisons en annexe le compte-rendu détaillé de l’étude du CSTC à ce sujet, étude confirmée par plusieurs études scientifiques dans divers pays européens. L’affirmation des fabricants d’un équivalent de 20 cm de laine minérale est fantaisiste. Dans le meilleur des cas un équivalent de 4 à 6 cm peut être obtenu, ce qui est insuffisant.

Si ce produit connaît malgré tout un certain succès commercial, c’est parce que sa pose est très rapide (agrafage sous pression), donc intérêt de l’entrepreneur qui en fait la publicité, et que le produit se présente en grandes bandes continues, assurant une très grande étanchéité au passage de l’air, donc impression d’une certaine qualité pour l’occupant.

Si on souhaite les associer à un isolant traditionnel, leur faible perméabilité intrinsèque à la vapeur d’eau les prédispose naturellement à être utilisés comme pare-vapeur (pose du côté chaud) et non comme sous-toiture (risque de condensation en sous-face).

La compatibilité avec les autres éléments

Certains isolants sont incompatibles avec d’autres éléments de la toiture en contact avec l’isolant.

Par exemple, les mousses de polystyrène sont attaquées par les agents d’imprégnation du bois à base huileuse et par certains bitumes, par les solvants et les huiles de goudron.

Le comportement au feu

Suivant le degré de sécurité que l’on souhaite atteindre, en fonction de la valeur du bâtiment et de son contenu, de son usage, de sa fréquentation, etc., on déterminera le degré d’inflammabilité acceptable pour l’isolant.

Le verre cellulaire et la laine de roche sont ininflammables. Les panneaux à base de mousse résolique ou de polyisocyanurate ont un bon comportement au feu.
Les mousses de polystyrène et de polyuréthane sont inflammables et résistent mal à la chaleur.
La chaleur produite par les spots peut dégrader ces mousses et provoquer des incendies. Si des spots doivent être placés à proximité du panneau isolant, les mousses doivent être protégées en interposant des boucliers thermiques efficaces.

Le prix

« Le nerf de la guerre…! »

A performance égale on choisira le matériau le moins cher. Il faut cependant raisonner en coût global, et tenir compte, non seulement du coût de l’isolant mais aussi de sa mise en œuvre.

En toiture inclinée, l’isolant de bonne qualité, correctement posé et protégé des agressions extérieures, ne nécessite aucun entretien et sa durée de vie ne pose pas de problème particulier.

Mais toute vie a une fin. Il faut donc être attentif au coût de son remplacement en fin de vie, dont le coût de mise en décharge. Dans le futur, celui-ci risque de croître, notamment pour les mousses synthétiques.

Épaisseur calculée de l’isolant

Remarque : les calculs ci-dessous sont faits avec l’hypothèse que la toiture est étanche à l’air. Dans le cas contraire, les mêmes épaisseurs d’isolant peuvent mener à une valeur U (anciennement « k ») 2,5 fois plus élevée que celle prévue.

Pour assurer l’étanchéité à l’air, il est préférable que la toiture soit équipée d’une sous-toiture. Si elle est rigide, la sous-toiture permet de garantir le contact entre elle et l’isolant et ainsi assurer une meilleure étanchéité à l’air.
Enfin, toujours pour éviter les infiltrations d’air, il est préférable de choisir une finition de type :

un plafonnage,
par des plaques de carton-plâtre correctement rejointoyées,
ou par des panneaux de fibres de bois liées au ciment, avec enduit.

Calcul précis

L’épaisseur « d_i » de l’isolant se calcule par la formule suivante :

La résistance thermique totale d’une paroi (Rt)
1/U

= [1/h_i + d₁/λ₁+ d₂/λ₂+ … + di/λi + R_u+ 1/h_e]

<=>

d_i

= λ_i [(1/U) – (1/h_i + d₁/λ₁+ d₂/λ₂+ … + Ra + 1/h_e)]

où

λ_i est le coefficient de conductivité thermique de l’isolant,
U est le coefficient de transmission thermique de la toiture à atteindre (exemple : 0,3 W/m²K),
h_eet h_iles coefficients d’échange thermique entre le toit et les ambiances extérieures et intérieures valant respectivement 23 W/m²K et 8 W/m²K,
d_x/λ_xla résistance thermique des autres couches de matériaux,
R_aest la résistance thermique des couches d’air

Exemple.

Le tableau ci-dessous donne les résultats des calculs pour une configuration de toiture sans sous-toiture.

Dans les calculs, l’espace entre les éléments de couverture et la sous-toiture est considérée comme une couche d’air très ventilée.

Données concernant les différentes couches : de l’intérieur vers l’extérieur :

plaques de plâtre, 9 mm, λ = 0,35 W/(mxK);
gaine technique : vide non ventilé de 2 cm –> Ra = 0,17 m²K/W
isolant : MW : λ = 0,041 W/(mxK); EPS : λ = 0,04 W/(mxK); XPS : λ = 0,034 W/(mxK) ;

(Valeurs extraites de la NBN B 62-002/A1)

On a donc pour U = 0,3 et : λi = 0,04

d_i= λ_i [(1/U) – (1/h_i + d₁/λ₁+ Ra + 1/h_i)]

d_i= 0,04[(1/0,4) – (1/8 + 0,009/0,35 + 0,17 ₊ 1/8)]

d_i= 0,082 m

Valeur U sans isolation [W/(m²xK)]

Épaisseur (en mm) d’isolant nécessaire pour obtenir :

U < 0,4 W/(m²xK)

Épaisseur (en mm) d’isolant nécessaire pour obtenir :

U < 0,3 W/(m² x K)

MW, EPS

PUR

XPS

MW, EPS

PUR

XPS

2,1

> 90

déconseillé sans sous-toiture

> 70

> 120

déconseillé sans sous-toiture

> 100

calculs

Pour estimer le coefficient de transmission thermique d’une toiture à partir des différentes épaisseurs de matériaux

Calcul simplifié

La valeur k d’une toiture est presque uniquement déterminée par la couche isolante. Pour simplifier le calcul, on peut négliger la résistance thermique des autres matériaux.
La formule devient alors :

d_i= λ_i ((1/ U) – (1/h_e+ 1/h_i) [m]

Pour U = 0,3 W/m²K,

d_i= λ_i ((1/ 0,3) – (1/23 + 1/8 )) m

= λ_ix 3,16 [m]

L’épaisseur ne dépend plus que du choix de l’isolant et de son λ _i.

L’épaisseur ainsi calculée doit être adaptée aux épaisseurs commerciales existantes.

Exemple.

Si l’isolant choisi est la mousse de polyuréthane (PUR)

Son λ_i vaut 0.028 W/mK (PUR suivant NBN B 62-002/A1)

d_i = 0.028 x 3.16 = 0.088 m

L’épaisseur commerciale : 90 mm ou 40 mm + 50 mm.

calculs

Pour estimer vous-même, de manière simplifiée, l’épaisseur suffisante d’un isolant

Conseils généraux de mise en œuvre de la couche isolante

Pour éviter les ponts thermiques, l’isolant doit être placé sur toute la surface de la toiture sans oublier les éventuelles parties verticales ossature-bois, les joues des lucarnes, etc.

> Les joints entre les éléments suivants doivent être bien fermés :

entre les différents panneaux isolants,
entre les panneaux isolants et la charpente.

Pourquoi ?

> Pour la même raison que ci-dessus et pour éviter les ponts thermiques, l’isolation de l’enveloppe doit être continue. La couche isolante de la toiture doit être raccordée avec les couches isolantes des autres parois du volume protégé. Par exemple :

L’isolant de la toiture doit être en contact avec l’isolant des murs extérieurs; dans le cas d’une échelle de corniche, les espaces libres doivent être remplis d’isolant.
Il doit être dans le prolongement et en contact avec le dormant du châssis muni d’un vitrage isolant.
Il doit être en contact avec l’isolant autour du conduit de cheminée.

concevoir	Pour réaliser correctement le raccordement avec une fenêtre de toiture
concevoir	Pour réaliser correctement le raccordement avec une cheminée

> Les panneaux isolants ne peuvent être perforés pour la pose de conduite, etc.

> Il faut protéger et manipuler les panneaux isolants avec précautions pour éviter les écrasements, les déchirures, l’eau, la boue.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vannes thermostatiques

Principe de fonctionnement

Eléments d’une vanne thermostatique :

Sonde de température ou bulbe thermostatique (poche de gaz).
Poignée de réglage pour fixer le point de consigne.
Tige de transmission.
Ressort de rappel.
Clapet de réglage.

Généralement, la sonde de température (ou bulbe thermostatique) est logée dans la poignée de la vanne. Cette sonde est composée d’un liquide, d’un gel ou d’un gaz qui se dilate ou se contracte en fonction de la température qui l’environne.

Des repères de consigne sont repris sur la poignée de la vanne (*, 1, 2, 3, 4, 5). En général, la consigne 3 correspond à plus ou moins 20°C et *, au maintien « hors gel ».

La position du clapet de réglage est déterminée par l’équilibre entre la poche de gaz et le ressort de rappel : lorsque la température mesurée est inférieure au point de consigne, le bulbe thermostatique se contracte, le ressort entraîne une ouverture du clapet de réglage et le débit est augmenté dans le radiateur. L’inverse se produit quand la température mesurée est trop élevée.

Les erreurs de manipulation courantes

Comprendre ce principe de fonctionnement, c’est éviter les erreurs de manipulation :

Exemples.

Dans un local inoccupé, la consigne des vannes thermostatiques a été réglée sur *. À l’arrivée des occupants, le chauffage ne sera pas relancé plus rapidement si l’on met la consigne sur 5 que sur 3. En effet, dans les deux cas, le bulbe thermostatique mesure un écart de température important entre sa consigne et la température ambiante et le clapet de réglage de la vanne est ouvert en grand. Le risque, en plaçant la consigne de température sur 5, est de chauffer le local en permanence à 24°C, voire plus.

Dans un local occupé, l’expérience des occupants montre que la bonne température est atteinte avec une consigne de 3. Un jour, la température intérieure est insuffisante. Dans ce cas, cette dernière ne sera par améliorée si la consigne est mise sur 4. En effet, s’il fait trop froid alors que la consigne n’a pas été modifiée, la vanne est déjà ouverte en grand et le débit dans le radiateur est déjà maximal. Le coupable n’est donc pas la vanne mais plutôt la régulation centrale qui, par exemple, envoie de l’eau trop froide. Mettre la vanne sur 4 n’augmentera pas le débit du radiateur. Par contre, lorsque la régulation centrale sera corrigée, le local sera surchauffé.

Le raisonnement inverse est aussi valable : si, subitement, il fait trop chaud (par exemple, à cause de l’ensoleillement), mettre la vanne sur 1 ne changera rien puisque le clapet de la vanne est en principe déjà fermé. Par contre, si on laisse les vannes sur cette consigne, la relance matinale ne pourra se faire puisque les clapets se fermeront rapidement.

En conclusion

Une vanne thermostatique n’est pas un interrupteur. La consigne d’une vanne doit être réglée à la température de consigne voulue par les occupants. À partir de ce moment, la vanne va travailler toute seule pour maintenir cette consigne.

Mettre la vanne sur 5 ou sur 1 si on a trop froid ou trop chaud ne sert à rien et risque de conduire à une surconsommation ou à un inconfort.

Quelle consigne ?

Ou pourquoi la plupart des vannes ne sont-elles pas graduées en °C (16, 18, 20, 22, 24°C) ?

Tout dépend de la capacité de la vanne à mesurer de façon fidèle la température ambiante du local. La vanne est inévitablement influencée par la chaleur dégagée par le radiateur, par la température de son eau, par le rayonnement froid d’un mur, …

De plus, assurer 20°C en hiver demande le passage de plus d’eau chaude qu’assurer 20°C en mi-saison. Du moins si la température de l’eau de chauffage n’est pas régulée en fonction de la température extérieure.

C’est ainsi que 20°C de température ambiante correspondra à une consigne de 3 pour une vanne, à une consigne de 2,5 pour une autre, à une consigne de 3,5 pour une troisième. D’une manière générale, la consigne de base assurant le confort dans des bureaux, des classes, … est de l’ordre de 3.

Emplacement des vannes thermostatiques

Les vannes thermostatiques doivent mesurer une température la plus représentative de la température réelle du local. La tête de la vanne, comprenant l’élément thermostatique, ne doit pas être échauffée par le corps de chauffe. On peut repérer comme influences parasites :

les coins de murs,
l’air chaud s’élevant des tuyauteries ou du radiateur,
un radiateur épais,
des tablettes ou caches décoratifs,
des tentures,
…

Si les conditions adéquates ne sont pas réunies, il sera nécessaire d’utiliser des vannes thermostatiques avec bulbe à distance.

Positionnements incorrects et corrects d’une vanne thermostatique.

Types de vanne thermostatique

Ci-dessus est présenté le fonctionnement d’une vanne thermostatique de base dont le réglage de la consigne est laissé à l’entière responsabilité de l’occupant du local.

Les vannes peuvent présenter des fonctionnalités complémentaires. On retrouve ainsi :

	Modèle standard avec sonde thermostatique et réglage libre incorporés.
	Modèle avec sonde thermostatique séparée (pouvant être placée à distance) et réglage libre incorporé.
	Modèle standard avec sonde thermostatique séparée (pouvant être placée à distance) et réglage libre à distance.
	Modèle à horaire programmable : une résistance électrique sur pile et commandée par horloge trompe la vanne qui se referme en période d’inoccupation.
	Modèle avec préréglage du débit pour équilibrer les différents radiateurs.
	Modèle institutionnel avec bague antivol (l’organe de fixation n’est pas accessible à l’occupant) et blocage de la plage de réglage.
	Modèle institutionnel avec réglage bloqué et inaccessible pour l’occupant.

Coût des vannes

Voici l’ordre de grandeur de prix des équipements de régulation des locaux, prix catalogue, HTVA.

Pour les vannes thermostatiques, il faut rajouter un coût d’environ 10 € pour le corps de vanne (qui doit de toute façon exister) ou 15 € pour un corps de vanne avec organe d’équilibrage intégré.

Description	Prix approximatif € HTVA
Élément thermostatique standard	13 .. 18
Élément thermostatique avec bulbe à distance	24
Élément thermostatique institutionnel	25
Élément thermostatique institutionnel avec bulbe à distance	31
Élément thermostatique institutionnel avec environnement critique	30
Élément thermostatique avec bulbe et réglage à distance	65 .. 70
Élément thermostatique programmable	117
Régulation de température ambiante par vanne 2 voies
Régulateur digital de température ambiante avec horloge	180
Servomoteur	52
Corps de vanne 2 voies ( 3/4’’ )	15
Montage mural, avec sonde à distance	160

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique du poste froid

Analyse quantitative

Cette analyse est purement indicative, elle ne peut constituer à elle seule un critère de décision.

Ainsi, si on compare, du point de vue énergétique, sa cuisine avec d’autres cuisines, on ne peut valablement porter de jugement de valeur que si les concepts de base choisis sont identiques.

L’analyse quantitative doit donc être complétée par l’analyse qualitative.

Ainsi, supposons par exemple, pour une cuisine, que l’on aboutisse aux deux conclusions suivantes :

Analyse quantitative : le poste « froid » est globalement peu performant (en Wh/repas).

Analyse qualitative : les chambres sont de mauvaise qualité, les interventions sont mal organisées.

Ces deux conclusions se recoupent : si le poste « froid » est peu performant, c’est justement, dans l’exemple, parce que les chambres sont de mauvaises qualités et les interventions mal organisées. La conclusion de l’analyse qualitative vient justifier la conclusion de l’analyse quantitative.

L’analyse quantitative peut aussi venir trouver sa justification dans les concepts de base influençant les consommations.

Une valeur de référence

Conservation	70 Wh/repas
Cellule de refroidissement rapide	50 Wh/repas (cellule mécanique)

Influence du type de liaison (chaude ou froide positive)

La consommation d’énergie pour le stockage froid (sur trois jours) est souvent trois à quatre fois plus faible que celle du refroidissement rapide. Il n’y a donc quasi pas de différence pour les consommations de conservation par repas entre une liaison chaude et une liaison froide).

Évaluer sa propre situation

> À partir de mesures :
On peut mesurer la consommation des appareils utilisés pour le poste froid. Pour être représentative d’une moyenne l’opération doit être répétée plusieurs jours de suite. Les mesures peuvent être réalisées à partir du tableau électrique. On y repère les différents départs vers les compresseurs, les chambres froides proprement dites, les cellules de refroidissement et de congélation rapides, etc.

S’il existe un compteur électrique spécifique à la cuisine, une autre solution consiste à lire les consommations sur celui-ci en supprimant temporairement, si c’est possible, les consommations des autres postes (cuisson, ventilation, laverie).

Analyse qualitative

Hormis dans les cellules de refroidissement cryogéniques, l’énergie électrique est très largement utilisée pour la production de froid.

La consommation du poste froid dépend :

du bon fonctionnement de la production frigorifique,
de la quantité de froid nécessaire à la baisse de température des denrées (si elles sont apportées à température supérieure à celle du stockage),
de la perte de froid (à travers les parois des chambres froides ou à l’occasion de l’ouverture des portes).

Les indices permettant de repérer des anomalies sont expliqués et servent à remplir une grille d’évaluation. L’analyse qualitative de l’efficacité énergétique du poste « froid » se fait en passant en revue chacun des appareils utilisés.

Repérer les indices d’un bon/mauvais appareil
Grilles d’évaluation

Repérer les indices d’un bon/mauvais appareil

L’efficacité énergétique d’un appareil du poste « froid » dépend des paramètres ci-dessous. Les premiers concernent l’appareil proprement dit, les suivants concernent la façon de l’utiliser.

Refroidissement du compresseur

Les compresseurs frigorifiques sont refroidis par l’air ou par l’eau.

Eau perdue : noter négativement les appareils où l’eau de refroidissement est rejetée à l’égout, et leur préférer un refroidissement par de l’eau en circuit fermé, ou par de l’air.
On peut donc envisager de récupérer la chaleur du condenseur pour préchauffer de l’eau à partir d’une puissance de compresseur de 20 kW (beaucoup de compresseurs de chambre frigorifique ne dépassent pas 600 W).

Ambiance : en refroidissement par air, noter si le condenseur est placé dans un endroit bien ventilé.

Le transfert de froid

Brassage : les appareils qui brassent l’air dans la chambre froide ont une plus grande efficacité énergétique.

Le dégivrage des appareils consomme de l’énergie : un bon dégivrage est un dégivrage qui ne dure pas plus longtemps que nécessaire et après lequel il n’y a plus de givre sur l’évaporateur. Un dégivrage qui utilise partiellement la circulation d’air plutôt que la résistance chauffante est plus intéressant au niveau énergétique. Pour les joints de portes, par contre, la résistance chauffante s’impose.

Un dégivrage par inversion de cycle est également intéressant au niveau énergétique, mais vu les complications qu’il engendre au niveau du circuit frigorifique, il est réservé aux très grandes cuisines.

La fuite d’énergie

Les appareils bien calorifugés sont plus efficaces.

En Belgique, il existe encore de nombreuses chambres froides installées depuis longtemps non isolées.

Il y a grandement intérêt à avoir un plancher isolé (obligatoire pour le froid négatif). On veillera à la bonne étanchéité des parois et des portes.

Le dimensionnement

Le surdimensionnement : un matériel trop grand par rapport aux quantités à stocker perd plus d’énergie : parois plus importantes, compresseur trop puissant, renouvellements d’air plus importants, etc. Ce sera particulièrement important pour les locaux de travail réfrigérés (préparations froides). Mais si une chambre froide a été surdimensionnée, il vaut mieux qu’elle soit remplie. Cela permet, lors des ouvertures de portes, d’une part de mieux maintenir les marchandises à la bonne température (confort), et d’autre part de diminuer les apports d’air chaud (économies d’énergie).
Remarque : de moins en moins d’aliments nécessitent un stockage réfrigéré : on utilise des fruits ionisés, du lait UHT, etc. De plus, le ravitaillement se fait de plus en plus fréquemment rendant les stocks de moins en moins importants. Les chambres froides sont alors surdimensionnées, provoquant des consommations trop importantes.

Le sousdimensionnement est une source de surconsommation à partir du moment où il entraîne une rotation trop rapide des produits, avec comme conséquence une ouverture trop fréquente des portes.

Le nombre de chambres froides

Hormis les questions d’hygiène alimentaire, le nombre de chambres froides doit être suffisant pour ne pas avoir à ouvrir trop souvent les portes de chacune d’elles et pour éviter de stocker à basse température ce qui supporterait une température plus élevée dans une chambre réservée à ces produits.

Les apports thermiques parasites

Toute source chaude parasite (rayonnement du soleil direct, appareil de cuisson, éclairage à grosse consommation) proche de la chambre froide engendre une consommation supplémentaire.

L’installation frigorifique

Tous les compresseurs frigorifiques n’ont pas la même efficacité : cela dépend du dimensionnement, des réglages, de la charge en fluide frigorigène (nature et pression du fluide), de la technologie de compression (à piston, à vis etc) et de la régulation de puissance selon les besoins (variateur de vitesse par exemple).

Évaluer

Vous trouverez plus de détails concernant l’évaluation de l’installation frigorifique dans la partie climatisation.

Attention ! Si l’installation d’une chambre froide positive est fort similaire à celle de la climatisation, l’installation d’une chambre froide négative est différente par ses températures beaucoup plus basses.

Le binôme temps/température :

Il s’agit de conduire le FROID au bon moment, à la bonne température, et sur la bonne durée.

La durée de conservation

Une durée de conservation excessive est surconsommatrice.
Ainsi, la rotation des produits sera de préférence rapide, sans pour autant tomber dans l’excès inverse.

La fréquence des chargements des produits

Une ouverture de porte engendre une entrée d’air chaud et d’humidité, de l’éclairage, de la chaleur corporelle.

On a intérêt à veiller à ce que l’ouverture des portes pour le chargement ne soit pas trop fréquente. Pour un réfrigérateur « de jour », le chargement et le déchargement ont des fréquences très proches, mais pour un stockage « viande », on préférera charger une seule fois pour plusieurs jours.

Le choix des horaires

Quand c’est possible, on a intérêt à regrouper les opérations pour limiter la fréquence d’ouverture des portes.

Pour le chargement, éviter les heures où la chaleur et l’humidité sont au maximum à proximité des chambres froides.

La durée des interventions

La porte doit être refermée le plus vite possible et « rester contre » quand les interventions à l’intérieur de la chambre sont longues et pour autant qu’il n’y ait pas de risque de se faire enfermer.

On peut parfois réduire le temps d’intervention en modifiant l’organisation des rayonnages, en étiquetant plus lisiblement, en plaçant correctement les lampes, etc.

La température intérieure

Le réglage des températures doit être conforme aux règles d’hygiène, sans excès. Il est inutile de stocker des fruits ou des pommes de terre à + 3 °C.

Grille d’évaluation – Exemple

Dans les grilles d’évaluation chacun des paramètres cités ci-dessus a été affecté d’une pondération (incidence quantitative) sous la forme d’un nombre d’étoiles.

Une grille d’évaluation est complétée pour chaque appareil du poste froid. L’utilisateur remplit les cases blanches.

POSTE FROID	Type d’appareil :	Chambre froide
	Caractéristiques :	Viande – 6°C
	Pondération en % du volume :	20 %
	Puissance du compresseur :	360 W
Efficacité énergétique / Paramètres	Incidence	Note (0 à +/- 3)*	Bilan	Décision
Refroidissement du compresseur 1	****	+ 1	+ 40
Refroidissement du compresseur 2	**	0	/
Transfert du froid 1	*	+ 3	+ 30
Transfert du froid 2 (dégivrage)	*	– 3	– 30	A voir
Fuite d’énergie	*	3	– 30	A voir
Sur dimensionnement	***	+ 2	+ 60
Sous dimensionnement	*	+ 2	+ 20
Nombre de chambres	*	+ 3	+ 30
Apports thermiques parasites	**	– 3	– 60	oui
Qualité du groupe		– 1
BINÔME TEMPS/TEMPERATURE
Durée de conservation	*	+ 3	+ 30
Fréquence des chargements	**	+ 2	+ 40
Horaires	*	– 1	– 10	oui
Durée des interventions	***	– 2	– 60	oui
Réglage température	*	+ 3	+ 30

* La note résulte d’un examen de l’appareil concerné et de son utilisation.

Exemple : si une marmite fonctionne toujours avec couverte, le confinement est noté + 3.
0 signifie « sans objet » par rapport aux critiques écrits dans le texte correspondant.

Concepts de base ayant une influence sur les consommations

Il y a d’autres facteurs que l’efficacité énergétique des appareils de conservation et de refroidissement ou congélation rapide et la façon de les utiliser qui influence les consommations du poste.

Ce sont d’autres considérations que l’énergie qui conduisent au choix de ces concepts.

Nous avons relevé les points suivants :

L’hygiène

Une cuisine ne respectant pas l’hygiène risque de consommer moins qu’une cuisine la respectant : interruption dans la chaîne du froid, non respect des températures de consigne, etc.

Le nombre de plats froids

Il est certain qu’une institution où l’on propose une entrée froide, une glace comme dessert aura un poste froid bien plus énergivore.

De plus, les préparations froides nécessitent des locaux de travail réfrigérés.

La liaison surgelée

Les surgelés nécessitent un stockage consommateur d’énergie.

Les produits frais

Ils nécessitent des chambres froides de plus grande dimension.

Le local des déchets

Il est parfois réfrigéré aussi.
On pourra en limiter la taille et la fréquence d’ouverture des portes, et donc la consommation :

Si l’on choisit de cuisiner des produits peu générateurs de déchets (les produits frais en génèrent beaucoup).

Si les emballages non souillés (cartons) sont préalablement séparés des emballages souillés (boîtes, sachets) et des déchets d’aliments.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité et de combustible dans les loisirs

Centres culturels

Par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles des centres culturels en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

32 établissements de 170 à 7 171 m² (surface totale de 76 065 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	81	165
Consommation spécifique moyenne	59 kWh/m²	177 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique [kWh/m²]	Consommation spécifique combustible [kWh/m²]	Nombre	Surface [m²]	Degrés-jours 15/15
2005	68	209	16	35 497	1 829
2006	63	175	16	47 663	1 795
2007	56	155	19	55 767	1 578
2008	71	190	23	51 393	1 829
2009	58	174	28	75 397	1 818
2010	72	215	27	71 364	2 309
2011	80	146	24	59 993	1 515
2012	59	177	32	76 065	1 915

Ces données sont issues de l’enquête Bilan énergétique de la Wallonie 2012 Consommation du secteur domestique réalisée par l’ICEDD asbl pour le compte du Service Public de Wallonie. Le bilan complet est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.

Piscines

Par mètre carré de plan d’eau

Consommations d’électricité HT et de combustibles des piscines en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

34 piscines de plan d’eau de 300 à 1 600 m² (surface totale de plan d’eau de 16 654 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	446	1 263
Consommation spécifique moyenne	929 kWh/m² de plan d’eau	2 352 kWh/m² de plan d’eau

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique [kWh/m² plan d’eau]	Consommation spécifique combustible [kWh/m² plan d’eau]	Nombre	Surface [m² plan d’eau]	Degrés-jours 15/15
2000	965	2 829	31	13 025	1 719
2001	1 039	2 970	28	11 442	1 934
2002	895	3 027	26	9 953	1 688
2003	804	2 632	27	13 503	1 921
2004	991	2 959	30	13 697	1 894
2005	928	2 957	29	12 602	1 829
2006	998	3 402	29	12 602	1 795
2007	999	3 169	25	8 802	1 578
2008	1 093	3 377	25	10 051	1 829
2009	1 168	3 115	25	8 640	1 818
2010	1 080	3 119	32	13 409	2 309
2011	866	2 750	36	12 589	1 515
2012	929	2 352	34	16 654	1 915

Complexes sportifs

Par mètre carré

Consommations d’électricité et de combustibles des complexes sportifs en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

53 établissements de 208 à 6 035 m² (surface totale de 104 072 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	69	142
Consommation spécifique moyenne	50 kWh/m²	150 kWh/m²

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique [kWh/m²]	Consommation spécifique combustible [kWh/m²]	Nombre	Surface [m²]	Degrés-jours 15/15
2005	39	166	26	45 725	1 829
2006	55	159	41	81 751	1 795
2007	53	158	42	97 723	1 578
2008	51	184	37	73 543	1 829
2009	52	175	53	110 274	1 818
2010	58	193	46	105 513	2 309
2011	46	133	43	84 525	1 515
2012	50	150	53	104 072	1 915

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Préparer l’exploitation du bâtiment

Keep it simple !

Les bâtiments à haute performance environnementale peuvent devenir très complexes. Parfois, simplifier les techniques permet de garder le contrôle et de faciliter l’obtention du confort des utilisateurs.

Il est primordial de s’assurer que le niveau de technicité des installations de chauffage, refroidissement et ventilation correspond aux capacités de compréhension et d’action des personnes qui seront chargées d’assurer leur conduite. Selon les situations, cela nécessitera de rédiger des notices explicatives claires ou d’organiser des séances de formation et d’information des futurs occupants et gestionnaires.

Dans tous les cas, il conviendra de mettre en balance la complexité liée à une recherche de performance optimale, et le risque éventuellement accru d’un mauvais usage des installations.

La simplification des techniques : Pierre Sommers vous conseille from Bruxelles Env. on Vimeo.

L’importance de la mise en service

Pris par l’urgence, par le déménagement, … la mise en service est bien souvent négligée.

Et pourtant la mise au point des installations est une étape fondamentale de la vie du bâtiment. Il faut passer de la théorie du projet à la réalité in situ.

Les régulateurs numériques d’aujourd’hui sont hyperpuissants. Mais ils doivent être paramétrés avec soin… et le technicien en charge du travail n’a pas participé aux réunions de conception.

A la fin de son travail, il est impératif que le technicien écrive tout, comme s’il devait partir à la retraite le lendemain et qu’il transmettait le dossier à son collègue ! Une fois le technicien parti, le gestionnaire se retrouvera bien seul…

La rédaction du projet « as built »

En pratique, il devrait y avoir :

La liste de tous les équipements de chauffage et climatisation, avec caractéristiques techniques nominales (dont les courants nominaux absorbés) et année de fabrication.

Les schémas de principe hydrauliques des circuits de chauffage et des circuits d’eau glacée et le schéma de principe aéraulique de la ventilation, « as built », avec débits et pressions des pompes et ventilateurs.

Le schéma électrique des armoires de commande,

Le repérage de chaque équipement technique dans le bâtiment (conduit et appareil).

C’est si simple et cela facilite tellement la vie …

La description détaillée du fonctionnement des installations (liste des régulateurs, paramètres de régulation et logique de régulation).

La description des réglages lors de la dernière mise au point.

Ces documents seront placés dans une armoire prévue à cet effet dans les locaux techniques de production de chaleur, de froid et de ventilation.
On procédera à l’affichage au mur du principe du schéma hydraulique dans chaque chaufferie, avec revêtement protecteur.

Sans revêtement, il sera trop rapidement dégradé…

Un double de tous ces documents sera en possession du gérant.

Le contrat de maintenance

Objectifs

Les installations techniques de chauffage, de ventilation et de climatisation doivent être entretenues, mais aussi réglées et conduites avec les objectifs suivants :

Le maintien des conditions de confort des occupants, tant en été qu’en hiver.
L’économie des énergies, fuel/gaz et électricité, en effectuant les meilleurs réglages possibles des équipements existants.
Le maintien des équipements en bon état de fonctionnement par un entretien adapté à leurs spécificités.
La sécurité de fonctionnement des équipements.
La sécurité des personnes.

Contenu du contrat d’entretien

Un cahier des charges technique d’entretien doit être établi par le client au moment de l’appel d’offres aux différentes entreprises de maintenance.

Ce document doit contenir, en plus des principales clauses générales administratives et juridiques, les deux documents techniques suivants :

La liste de tous les équipements à entretenir avec leurs dates de fabrication et leurs principales caractéristiques techniques.
La liste des prestations techniques d’entretien et de contrôle à réaliser sur chaque type d’équipement avec leur fréquence.

Le nombre minimum de visites de contrôle par an (en plus de celles indispensables pour l’entretien) est donc imposé, suivant complexité des installations : 4 (minimum) à 12 fois par an.

Il ne faut donc pas laisser les sociétés de maintenance proposer librement le programme d’entretien et le nombre de visites pour les contrôles, les réglages et la conduite. Sinon, on risque de confier l’entretien à l’offre la moins chère,… qui est souvent la moins bonne ou la moins complète. En effet, dans le but d’emporter le marché certaines entreprises proposent un programme insuffisant.

La maintenance URE doit permettre d’accorder à chacun le droit au confort thermique et à la qualité de l’air, mais de refuser tout gaspillage, par négligence de conduite, de gestion ou d’entretien. Elle doit garantir au propriétaire que son bâtiment est exploité « au mieux » compte tenu des équipements existants.

Pour garantir une exploitation URE optimale, il y a lieu :

1. De vérifier l’existence d’un d’entretien régulier des installations, sous forme :

D’un planning d’avancement de l’entretien, c.-à-d. un document qui donne la liste avec date des opérations d’entretien qui ont déjà été faites pour cette année.
D’un carnet d’entretien, càd un carnet vierge dans lequel le(s) responsable(s) note(nt) toutes les interventions qui ne sont pas sur le planning d’entretien : les dépannages, les remplacements, les ajouts ou modifications, les mesures ou autres constatations, les visites de contrôles, les modifications de réglages, etc.
Des attestations de contrôle des brûleurs.
De la vérification régulière des courants absorbés par les groupes de pulsion et par les groupes frigorifiques, avec comparaison par rapport au courant nominal pour repérer une dérive.
Des attestations de fourniture des filtres ou autres pièces de remplacement prévues à l’entretien.
Des check-lists des contrôles mensuels ou trimestriels avec les paramètres relevés (température, pressions, réglages, etc.).
Des principales consommations annuelles ou mensuelles, par poste.

Remarque : il pourrait être vérifié simultanément d’autres données relatives à la pollution et la sécurité, à la consommation en eau, en sel de traitement des eaux, … Nous n’abordons pas ces points ici qui dépassent notre champ d’investigation, mais il est certain qu’une vision globale doit être donnée à ces contrôles d’exploitation.

2. De vérifier l’absence de « gaspillage » lors de l’exploitation des installations

Une maintenance correcte devra vérifier que l’installation ne puisse :

Humidifier l’air inutilement (respect strict du critère RGPT, sauf salle informatique).
Déshumidifier l’air inutilement,
Chauffer l’ambiance au-delà de la température minimale de la plage de confort (arrêt effectif du chauffage si la température de l’air dépasse 21°C).
Refroidir l’ambiance en deçà de la température maximale de la plage de confort (enclenchement du refroidissement si la température dépasse 24°C).
Détruire, lors du traitement d’un local donné, de l’énergie frigorifique par un apport d’énergie calorifique complémentaire, excepté si le froid est réalisé par l’air extérieur ou si le chaud est basé sur une récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.
Traiter et pulser dans les locaux un débit d’air neuf excessif par rapport à la présence effective des occupants (débit à définir : par exemple dépassant 50 m³/h/pers effectivement présente).

Elle devra vérifier également :

Le fonctionnement effectif des fonctions URE disponibles telles que free cooling ou free-chilling, récupérateur de chaleur sur l’air extrait ou sur condenseur, …
L’arrêt effectif d’équipements en fonction de la température extérieure ou du moment de la journée ou de la semaine (nuit, week-end, congés, …).

3. De signaler au gestionnaire toutes les mesures URE qu’il serait utile de réaliser

On ne peut reprocher à une société de maintenance qu’une vanne soit déficiente ou qu’un récupérateur soit manquant. Mais on peut lui reprocher de ne pas avoir signalé au gestionnaire les mesures qui lui permettraient de diminuer ses coûts d’exploitation.
Exemples : le placement d’un récupérateur sur l’air extrait, la mise en place d’un free-chilling, l’absence d’une régulation performante, l’intérêt de placer un circulateur à vitesse variable,… sont des mesures dont la société de maintenance peut apprécier la pertinence et la rentabilité.
Elle devrait avoir l’obligation de le signaler par écrit.

Contrôle de maintenance

Il est très utile de prévoir dès la rédaction du contrat d’entretien un système de contrôle d’entretien par le client, par son Responsable Énergie ou par son Ingénieur Conseils. Et donc d’en faciliter le travail ultérieur.

En général, les sociétés de maintenance préparent pour chaque chantier un planning d’entretien prévisionnel, ce planning ne donne que les dates prévues pour les différents entretiens et ne permet donc aucun contrôle de ce qui a été effectivement réalisé. Il est donc très utile de prévoir l’obligation d’afficher en chaufferie un planning mensuel ou trimestriel d’entretien vierge sur lequel la société de maintenance aura l’obligation de noter la date de chaque prestation contractuelle après qu’elle ait été effectuée.

Après une saison de chauffe complète, le planning doit donc être complètement rempli. Ce système permet de contrôler mois par mois l’état d’avancement de l’entretien. En plus de cela, les techniciens inscriront dans le carnet d’entretien conservé en chaufferie toutes les autres interventions non contractuelles, comme les dépannages, les visites supplémentaires, les modifications, etc.

Critères de qualité.

Il faut prévoir des critères de qualité énergétique à respecter. Par exemple, pour une grosse installation, on peut imaginer de placer un compteur d’énergie sur l’eau glacée et un compteur électrique sur le compresseur (coût de l’ordre de 5 000 €). Il sera alors possible d’imposer un COP moyen annuel minimum à la société de maintenance… en laissant celle-ci se débrouiller pour y arriver. Un remboursement de la différence peut être prévu comme pénalité en cas de non-respect.

Bien sûr, le contrôle d’entretien ne sert à rien non plus s’il n’y a pas de sanctions prévues en cas de manque d’entretien. Il est donc conseillé de prévoir dans le contrat des clauses du type :

Le paiement des factures trimestrielles pourra être bloqué jusqu’à la réalisation complète des prestations prévues.
Une pénalité de 125 € par brûleur et par contrôle sera due au cas où les deux contrôles annuels contractuels n’auraient pas été effectués à la fin de l’année et les attestations de réglage envoyées au Client.
Même type de pénalités pour l’oubli du nettoyage ou du remplacement des filtres, ou autres opérations ponctuelles importantes.

Il faut aussi éviter de mettre dans le contrat d’entretien des clauses qui vous obligent à perdre du temps et de l’argent en passant devant un tribunal pour le plus petit litige.

Prix du Contrat d’Entretien

Le bon fonctionnement économique des installations dépend beaucoup de l’entretien et des réglages des équipements. Or, ceux-ci ne seront réalisés correctement que si le prix du contrat d’entretien est suffisant. Il faut donc éviter de souscrire à une offre de contrat d’entretien dont le prix est anormalement trop bas.

Depuis de nombreuses années, les grosses sociétés de maintenance se font une concurrence féroce afin d’augmenter leur part de marché et d’aboutir à la faillite et à la reprise des plus faibles. Il en résulte souvent des offres de prix anormalement basses pour de gros chantiers.

Lorsque ces offres sont faites à perte, ce qui est parfois le cas, l’entreprise qui a obtenu le marché a plusieurs possibilités pour ne pas y perdre : le plus simple est de ne faire qu’une petite partie de l’entretien et des contrôles prévus, une autre solution est de remplacer par du neuf (avec 20 à 30 % de bénéfice) tous les équipements qui devraient être dépannés, ou remis en état.

Cas vécu.

Sur base d’un cahier des charges précis et identique pour tous les soumissionnaires, les offres étaient de : 22 150 €/an, 13 700 €/an et 5 828 €/an ! Heureusement, le Client (secteur privé) a éliminé l’offre la plus basse et a choisi celle de 13 700 €/an.

Personnel d’entretien

Le choix de la société d’entretien et du personnel de contrôle et de conduite est un problème très important, car pour une grosse installation, toutes les sociétés de maintenance ne se valent pas.

D’abord, il faut vérifier que les sociétés qui présentent une offre de contrat d’entretien ont bien la compétence nécessaire pour les installations en place, en particulier concernant les groupes frigorifiques, les régulations digitales ou les régulations informatisées avec télésurveillance. Il faut aussi vérifier si la société de maintenance possède bien un service de dépannage 24h sur 24h, y compris (et surtout) en juillet et août, à l’époque ou la climatisation est indispensable et où une panne ne peut pas attendre la fin des congés annuels du bâtiment.

Voici 2 cas vécus.

La société de maintenance qui propose l’entretien des installations de climatisation ne possède pas de technicien frigoriste. Elle sous-traite alors une fois par an un gros entretien du groupe frigo mais ne peut donc pas assurer correctement les autres prestations contractuelles de contrôle de ces équipements spécifiques.
Une société de maintenance qui n’a pas de frigoriste constate la panne complète d’un groupe frigo de 2 ans d’âge, elle diagnostique une destruction complète au niveau des clapets et propose le remplacement du groupe pour un montant de 12 400 € HTVA. Heureusement, le Client a eu recours à un Bureau d’Ingénieur Conseil et vérification faite, il n’y avait qu’un problème de fluide frigorigène et aucun dégât aux machines.

Gestion énergétique

Pour accéder au cahier des charges d’exploitation énergétique des installations_Exploitation_HVAC.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Sur-refroidissement

Par temps clair, la voûte céleste présente une température pouvant être jusqu’à 50 K plus faible que celle de l’ambiance terrestre. Une onde infrarouge quitte alors tous les corps « chauds » de la terre vers le ciel. La température de ces matériaux descend jusqu’à 10 K sous la température ambiante. L’humidité de l’air risque alors de condenser au contact de ces corps.

C’est l’origine de la rosée du matin, du givre sur la voiture.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bâtiment de la société Iveg

Description du bâtiment

Le siège central de la société IVEG (intercommunale de distribution d’électricité et de gaz) est situé à Hoboken, un quartier suburbain d’Anvers. Ce bâtiment, achevé en 1999, a été conçu dans le but d’optimiser la consommation d’énergie et le confort intérieur du bâtiment. C’est pourquoi un système de ventilation naturelle y est installé. Le bâtiment IVEG, conçu par l’architecte Mussche, a été choisi comme construction-pilote du projet HybVent de l’Agence Internationale de l’Energie (AIE) et du projet Kantoor 2000 du programme VLIET-bis du gouvernement flamand.

Ce nouveau bâtiment est situé le long d’une rue dont la circulation est relativement élevée et vient s’intégrer entre deux bâtiments existants. Le plan du bâtiment IVEG est rectangulaire. Ses deux façades principales sont parallèles à la rue : la façade avant est orientée N à NO alors que la façade arrière est orientée S à SE. D’une superficie de 1 800 m², il doit accueillir environ 70 employés.

Les objectifs

Les objectifs de base du projet sont :

Un climat intérieur confortable (confort thermique, qualité de l’air intérieur, …).

Une faible consommation d’énergie (chauffage, refroidissement actif,…).

Une conception pragmatique et économique(utilisation de matériaux standards et de techniques accessibles pour tous).

Les systèmes thermiques adoptés sont un chauffage par radiateurs, une ventilation hygiénique mécanique et un refroidissement par ventilation naturelle. Le système de ventilation est donc hybride : une ventilation mécanique assure la qualité de l’air tandis que, pour atteindre le confort thermique d’été, le bâtiment est refroidi par un système de ventilation naturelle, essentiellement basé sur l’effet de cheminée.

Les dépenses énergétiques en hiver sont réduites grâce à un chauffage efficace et une bonne isolation thermique.

Le chauffage central est assuré par deux chaudières à condensation, d’une puissance installée de 60 kW chacune, soit 19.6 W/m³. Les radiateurs, équipés de vannes thermostatiques, sont plats et d’une superficie double de la normale pour augmenter l’échange de chaleur par rayonnement, perçu comme plus confortable par les occupants que la convection. Les cheminées, très bien isolées, sont toujours fermées en hiver.

L’isolation du bâtiment a été soignée dans tous ses détails pour éviter les ponts thermiques. Les épaisseurs d’isolants valent 12 cm en toiture, 7 cm dans les murs et 4 cm pour les planchers. Des doubles vitrages basse-émissivité dont la cavité est remplie de gaz (k = 1,1 à 1,3 W/m²K) ont été installés sur toutes les façades. Le niveau d’isolation global correspond à un K35.

La ventilation hygiénique est assurée par une ventilation mécanique à débits variables, régulés en fonction de l’occupation grâce à des détecteurs de présence. L’air est pulsé dans les locaux de travail à un débit de 30 m³/h par personne pour les bureaux paysagers et 40 m³/h par personne pour les bureaux individuels; il est extrait par les sanitaires.

Une attention toute particulière a été portée à l’étanchéité du bâtiment. En outre, un échangeur de chaleur a été placé sur le circuit de reprise d’air pour récupérer une partie de la chaleur de l’air extrait. Il a toutefois été mal conçu et ne fonctionne donc pas correctement.

Le refroidissement du bâtiment IVEG est géré par son système de ventilation naturelle. En été, une ventilation intensive de nuit est organisée. L’air est introduit dans le bâtiment par des ouvrants opaques, placés derrière les grilles murales des façades.

Une bonne distribution de l’air frais à travers tout le bâtiment nécessite l’ouverture des portes de tous les locaux.

L’air est extrait naturellement par deux cheminées en toiture. La photo ci-dessous montre les clapets qui permettent la sortie de l’air au sommet des tours. Les fenêtres fixes en partie supérieure des cheminées n’ont aucun rôle dans la ventilation mais elles éclairent en partie le hall et l’escalier.

Le concept de la ventilation naturelle intensive de nuit a nécessité l’utilisation de deux tours de ventilation séparées pour des raisons de sécurité incendie. Le rez-de-chaussée et le premier étage forment un premier compartiment relié à la grande cheminée tandis que le deuxième étage est un compartiment séparé, ventilé par sa propre cheminée.

Le bon fonctionnement de la stratégie de la ventilation naturelle utilisée dans ce bâtiment est basé non seulement sur le débit de ventilation naturelle intensive de nuit assuré par les tours de ventilation mais aussi sur :

la réduction des pics de surchauffes des locaux par l’inertie thermique des matériaux utilisés,

la limitation des gains solaires par l’intégration de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles,

la diminution des charges internes par le choix d’appareils électriques performants,

la diminution des charges internes grâce au contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local.

La masse thermique accessible dans les bureaux du bâtiment IVEG est importante. Il n’y a pas de faux plancher et le sol est principalement carrelé. De plus, les faux plafonds ne couvrent qu’une partie de la surface de chaque local et ils sont fortement ajourés pour que l’air puisse circuler le long du plafond.

La limitation des gains solaires est assurée par le choix de vitrages sélectifs et de stores extérieurs mobiles, dont la régulation automatique centralisée offre une possibilité de dérogation à l’occupant.

Des appareils électriques performants, tels que des ordinateurs munis d’un mode économique, ont été placés afin de diminuer les charges internes. Les luminaires présentent des réflecteurs à haute efficacité et des lampes fluorescentes équipées de ballasts électroniques.

Enfin, une diminution des charges internes est également obtenue par un contrôle de l’éclairage artificiel en fonction de la lumière naturelle et de l’occupation du local. L’allumage (on/off) de l’éclairage est géré par des détecteurs de présence décentralisés par bureau tandis que le flux des lampes est « dimmé » en fonction du niveau d’éclairement du local. La régulation du système de dimming de l’éclairage artificiel est également décentralisée par local et elle a pour consigne d’assurer un éclairement des bureaux de 500 lx.

En été, les dépenses énergétiques sont donc limitées par l’utilisation d’un refroidissement passif basé sur la ventilation naturelle de nuit, rendu possible par la masse thermique accessible, la réduction des gains solaires et la diminution des charges internes du bâtiment. Une batterie de froid a tout de même été installée par précaution dans le caisson de préparation de l’air mais elle n’a pas encore été utilisée.

Dans le bâtiment IVEG, la ventilation naturelle, la ventilation mécanique ainsi que la régulation des stores et de l’éclairage artificiel sont gérés de manière automatique. Cependant, les occupants peuvent agir directement sur les stores et sur l’ouverture des fenêtres classiques pour adapter leur environnement. Les utilisateurs peuvent aussi ajuster le chauffage d’un local à leurs besoins grâce aux vannes thermostatiques des radiateurs.

Quelques chiffres

La réduction des consommations d’énergie est l’élément essentiel de la conception du bâtiment IVEG. Sa consommation électrique spécifique vaut 35 kWh/m².an (à comparer à la norme habituelle de Novem : 60 kWh/m²An), ce qui donne un bâtiment à faible consommation d’énergie électrique. Sa consommation spécifique en gaz vaut 272 MJ/m²An (à comparer à Novem : 520 MJ/m²An), résultat toutefois facilement obtenu par une isolation adéquate du bâtiment.

Il peut également être intéressant de savoir que le coût total du bâtiment, honoraires et TVA compris, a été de 3 492 255 €. La superficie du bâtiment étant d’environ 1 800 m², le prix de ce bâtiment, TVA incluse, est donc de 1 940 €/m².

Les intervenants

Signalons enfin que le CSTC a joué le rôle de consultant extérieur lors de la conception du bâtiment IVEG. La coordination du projet et le travail de bureau d’étude au niveau de l’électricité, de l’informatique, de la ventilation naturelle, du chauffage et de l’éclairage ont été réalisés par la société IVEG. Le bureau d’études Air-Consult a étudié la ventilation mécanique et la protection incendie de ce projet.

IVEG
Antwerpsesteenweg, 260
2660 Antwerpen – Hoboken
03/820 05 11

http://www.iveg.be

Architecte
Monsieur Herman Lemaire (ou Marc Mussche)
Buas-Suter
Avenue Pasteur 21
Zone Noord
B-1300 Wavre
010/24 44 24

CSTC
Centre scientifique et technique de la construction

http://www.bbri.be

AIR CONSULT ENGINEERING SA (?)
quai Fernand Demets 4
1070 Anderlecht
02/523 65 29

Agence Internationale de l’Energie (AIE)

http://www.iea.org/

Kantoor 2000 (programme VLIET-bis)

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Fluides frigorigènes [Climatisation]

L’impact environnemental

Depuis quelques décennies, l’impact des fluides frigorigènes sur l’environnement est devenu un enjeu majeur. En effet, de par la présence de fuites au niveau du circuit frigorifique, la responsabilité de ces fluides dans la destruction de la couche d’ozone et l’augmentation de l’effet de serre n’est plus à démontrer.

Trou d’ozone au pôle sud.

Que ce soit en conception, en rénovation ou même en maintenance, les fuites de fluides sont donc à éviter. Elles dépendent essentiellement de la qualité :

du choix et de la mise en œuvre des équipements (soudures et connexions des conduites de distribution par exemple);
de l’optimisation du cycle frigorifique;
de la maintenance;
…

En France, en 1997, une étude a montré que le taux de fuites annuelles pouvait atteindre 30 % de la quantité totale en poids (ou en masse) de fluides frigorigènes présent dans les installations frigorifiques des grandes surfaces (Réf.: Zéro fuite – Limitation des émissions de fluides frigorigènes, D. Clodic, Pyc Éditions, 1997).

Depuis lors, les réglementations se sont attaquées à ces problèmes :

Suite au protocole de Montréal (1987) les fluides frigorigènes CFC (chlorofluorocarbures, principaux responsables de la destruction de la couche d’ozone) ont été définitivement abandonnés et remplacés progressivement par les HCFC.

Les réglementations européennes 2037/2000, 842/2006 et 517/2014 ont notamment imposé :
- l’interdiction d’utilisation des HCFC à fort impact sur l’effet de serre (GWP ou global Warming Potential);
- le remplacement progressif des HFC à haut GWP;
- le confinement des installations frigorifiques permettant de réduire la quantité de fluide frigorigène;
- des contrôles réguliers d’étanchéité des installations;
- …

Indices d’impact

Pour établir l’impact des fluides frigorigènes sur la couche d’ozone et l’effet de serre, trois indices principaux ont été définis :

ODP : Ozone Depletion Potential;
GWP : Global Warming Potential;
TEWI : Total Equivalent Warming Impact.

ODP (Ozone Depletion Potential)

C’est un indice qui caractérise la participation de la molécule à l’appauvrissement de la couche d’ozone. On calcule la valeur de cet indice par rapport à une molécule de référence, à savoir soit R11 ou R12 qui ont un ODP = 1.

GWP (Global Warming Potential)

C’est un indice qui caractérise la participation de la molécule à l’effet de serre. On calcul la valeur de cet indice par rapport à une molécule de référence, à savoir le CO₂, et pour des durées bien déterminées (20, 100, 500 ans). Le CO2 à un GWP = 1.

TEWI (Total Equivalent Warming Impact)

Le TEWI est un concept permettant de valoriser le réchauffement planétaire (global warming) durant la vie opérationnelle d’un système de réfrigération par exemple, utilisant un fluide frigorigène déterminé en tenant compte de l’effet direct dû aux émissions de fluide frigorigène et à l’effet indirect dû à l’énergie requise pour faire fonctionner le système.

À titre indicatif, il est donné par la formule :

TEWI = (GWP x L x n) + (GWP x m[1-C]) + n x E x β

Où :

GWP : global warming potential;
L : émissions annuelles de fluide en kg;
n : durée de vie du système en années;
m : charge en fluide frigorigène en kg;
C : facteur de récupération / recyclage compris entre 0 et 1;
E : consommation annuelle d’énergie en kWh;
β : émission de CO2 en kg / kWh.

Voici, pour chaque fluide frigorigène, le Ozone Depletion Potential (potentiel de destruction de la couche d’ozone) et le Global Warming Potential (potentiel de participation au réchauffement climatique) sur 100 ans :

		ODP	GWP₁₀₀
R717	Amoniac	0	0
R744	CO₂	0	1
R290	Propane	0	20
R32	HFC, fluide pur	0	675
R134a	HFC, fluide pur	0	1 430
R407C	HFC, mélange	0	1 800
R22	HCFC	0,05	1 810
R410A	HFC, mélange	0	2 100
R427A	HFC, mélange	0	2 100
R417A	HFC, mélange	0	2 300
R422D	HFC, mélange	0	2 700
R125	HFC, fluide pur	0	3 500
R404A	HFC, mélange	0	3 900
R12	CFC	0,82	10 900

Source : 4ème rapport de l’IPCC (Intergovernmental Panel on Climate Change).

Les fluides frigorigènes fluorés

Fluides frigorigènes fluorés

Les fluides frigorigènes fluorés sont en grande partie responsables de la destruction de la couche d’ozone et contribuent à augmenter l’effet de serre. Les interactions entre les deux phénomènes sont réelles mais d’une grande complexité.

On en distingue plusieurs types :

CFC;
HCFC;
HFC.

CFC (chlorofluorocarbures) (interdits de production depuis janvier 1995)

Ce sont des molécules composées de carbone, de chlore et de fluor. Elles sont stables; ce qui leur permet d’atteindre la stratosphère sans trop de problèmes. À ce stade, en se transformant elles contribuent à la destruction de la couche d’ozone.

R-11	Groupes centrifuges « basse pression ».
R-12	Essentiellement froid domestique et climatisation automobile, mais aussi dans les groupes refroidisseurs d’eau centrifuges.
R-13	Rares utilisations en froid très basse température.
R-14	Rares utilisations en froid très basse température.
R-113	Abandonné avant son interdiction.
R-114	Pompes à chaleur et climatisation de sous-marin.
R-115	Fluide pas utilisé seul, mais dans le R-502, mélange azéotropique très utilisé en froid commercial basse température.

HCFC (hydrochlorofluorocarbures) (utilisation interdite au Ier Janvier 2015)

Ce sont des molécules composées de carbone, de chlore, de fluor et d’hydrogène. Elles sont moins stables que les CFC et détruisent l’ozone dans une moindre mesure. Elles sont appelées substances de transition.

R-22	Fluide frigorigène le plus souvent utilisé, aussi bien en froid industriel qu’en climatisation.
R-123	Remplace le R-11 dans les groupes centrifuges.
R-124	Essentiellement utilisé dans certains mélanges.

HFC (hydrofluorocarbures) (utilisation réduite progressivement jusqu’en 2030)

Ce sont des molécules composées de carbone, de fluor et d’hydrogène. Elles ne contiennent pas de chlore et donc ne participent pas à la destruction de la couche d’ozone. Par contre, les HFC présentent un Global Warming Potential (contribution à l’effet de serre) sur 100 ans élevé.

R-134a

(Solkane)

Fluide frigorigène qui a remplacé le R-12 en froid domestique et en climatisation automobile.

En application « chauffage », il présente l’avantage de faire fonctionner les pompes à chaleur à haute température (généralement jusqu’à 65 °C) et à relativement basse pression. Son utilisation est compatible avec une production d’eau chaude pour radiateurs en lieu et place d’une chaudière.

C’est également un composant majeur de la plupart des mélanges de remplacement.

R-125

N’est jamais utilisé pur en raison de sa pression critique trop faible (66°C). Il entre dans la composition de nombreux mélanges compte tenu de son pouvoir « extincteur ».

R-32,
R-152a
R-143a

Inflammables et donc utilisés uniquement en mélange avec d’autres composants qui « neutralisent » leur inflammabilité.

Mélange de fluides frigorigènes

On peut les classer en fonction du type de composants fluorés qu’ils contiennent.
Ils se distinguent également par le fait que certains mélanges sont :

Zéotropes : au cours d’un changement d’état (condensation, évaporation), leur température varie.

Azéotropes : ils se comportent comme des corps purs, sans variation de température lors du changement d’état.

Il va de soi que les frigoristes apprécient cette propriété d’azéotropie pour le fonctionnement de la machine frigorifique.

Le R407C (R134a : 52 % + R125 : 25 % + R32 : 23 %)

Le R407C est un fluide non azéotrope (il est composé de plusieurs fluides) afin d’obtenir sa température de changement d’état.

Ce fluide frigorigène présente les particularités suivantes :

Il est ininflammable.

Lors des changements de phase, la température « glisse » d’environ 5 K car les températures d’évaporation et de condensation des fluides frigorigènes qui le constituent sont différentes. Ceci rend les réglages plus difficiles et impose des échangeurs à contre-courant pour tirer le meilleur parti de ce fluide.

En cas de micro-fuite, le composé ayant les molécules les plus volatiles s’échappe préférentiellement. Il en résulte un fluide frigorigène déséquilibré. Il est dès lors nécessaire de vider entièrement l’installation avant de la recharger, le gaz retiré étant recyclé.

Les pressions sont moindres avec ce fluide frigorigène.

Il est moins performant que le R410A …

Le R410A (R32 : 50 % + R125 : 50 %)

Le R410A présente de meilleures qualités thermodynamiques que le R407C et le R22. D’autre part, l’étanchéité des installations est plus élevée avec le R410A, les pertes de pression sont donc faibles et les vitesses de fonctionnement peuvent être élevées. Les composants sont dès lors plus compacts.

Le R410A est cependant toxique ! De plus, il se comporte comme un réfrigérant mono-moléculaire lorsqu’il change de phase : le passage d’un état à un autre se produit à température quasiment constante (le glissement de température est négligeable). On ne doit donc pas vider complètement l’installation avant de la recharger.Pour terminer, les pressions de fonctionnement sont 60 % plus élevées que dans le cas du R22. Ceci limite donc son utilisation aux températures de condensation moyennes : maximum 45 °C.

Le R404A (R143a : 52 % + R125 : 44 % + R134a : 4 %)

Le R404A présente des caractéristiques communes avec le R410A (il se comporte aussi comme un fluide quasi-azéotropique) mais sa pression de fonctionnement est plus basse. Sa particularité est de ne pas beaucoup s’échauffer pendant la compression. La température des vapeurs surchauffées en sortie de compresseur reste donc modérée, ce qui convient parfaitement à la mise en œuvre des PAC fluide/fluide.

Les fluides à bas « effet de serre »

Ils sont considérés comme moins inquiétants pour l’environnement, car à la fois sans action sur l’ozone stratosphérique et d’un faible impact sur l’effet de serre.

Ils présentent tous des inconvénients, soit au niveau sécurité, soit au niveau thermodynamique.

L’ammoniac (NH3) ou R-717

L’ammoniac présente de nombreux avantages en tant que fluide frigorigène :

Impact environnemental nul (ODP et GWP100 nuls);
très bon coefficient de transfert de chaleur;
efficacité énergétique élevée (au moins aussi bonne que le R22, meilleure dans certaines conditions);
le gaz ammoniac est plus léger que l’air;
faibles pertes de charge;
fuites aisément détectables;
faible prix de revient et faibles frais d’entretien des installations;
très difficilement inflammable, limite d’explosion élevée et petits champs d’explosion;
chimiquement stable;
aisément absorbable dans l’eau;
pas très sensible à l’humidité dans le circuit;
naturel donc biodégradable;
grâce à sa haute température critique, il permet de réaliser des températures de condensation très élevées et de concevoir des PAC à haute température.

Les COP obtenus avec ce fluide frigorigène peuvent être équivalents à ceux obtenus avec des HFC.

L’ammoniac est par contre toxique (mais pas cumulativement dans le temps) et irritable. Il peut être explosif dans des cas exceptionnels (les limites inférieure et supérieure d’inflammabilité doivent être très proches l’une de l’autre). Il sera également explosif dans des locaux non aérés où il se crée un mélange d’air, d’azote et d’ammoniac. Les locaux doivent donc absolument être ventilés et le passage de l’air doit également être totalement libre. De plus, le NH3 corrode facilement le cuivre et ses alliages ainsi que le zinc. Les installateurs sont donc obligés d’utiliser de l’acier. Pour terminer, l’ammoniac n’étant pas miscible et soluble dans les huiles minérales, il faut prévoir un séparateur d’huile après le compresseur.

Les installations à l’ammoniac l’utilisent liquide et sa quantité est réduite : la quantité de gaz perdu par fuites est donc faible.

Il est à l’heure actuelle principalement utilisé dans le froid industriel.

Les hydrocarbures (HC) comme R-290 R-600a

Il s’agit essentiellement du propane (R-290), du butane (R-600) et de l’isobutane (R-600a).

Ces fluides organiques présentent de bonnes propriétés thermodynamiques, mais sont dangereux par leur inflammabilité. Le monde du froid s’est toujours méfié de ces fluides, même s’ils sont réapparus récemment dans des réfrigérateurs et des mousses isolantes. Leur utilisation future paraît peu probable en climatisation, vu le coût de la mise en sécurité aussi bien mécanique qu’électrique. En PAC, on l’utilise donc dans des quantités les plus faibles possible (maximum 3 kg pour les applications résidentielles), de préférence à l’extérieur des bâtiments.

Le dioxyde de carbone (CO₂) ou R-744

Fluide inorganique, non toxique, non inflammable, mais moins performant au niveau thermodynamique. Son usage implique des pressions élevées et des compresseurs spéciaux.

Il possède cependant de bonnes qualités en application PAC pour le chauffage ou l’eau chaude sanitaire. Il est peu coûteux, et sa récupération et son recyclage sont simples à mettre en œuvre.

Actuellement, les spécialistes s’y intéressent à nouveau de par :

son faible impact sur l’environnement (ODP = 0, GWP = 1);
son faible volume massique entraînant des installations à faible volume (fuites réduites);
…

Il a la particularité de posséder une température critique basse à 31 °C pour une pression de 73,6 bar.

À noter que l’utilisation de ce type de réfrigérant entraîne aussi des contraintes non négligeables telles que la nécessité de travailler :

à des pressions élevées (80 voire plus de 100 bar);
en transcritique qui demande une maîtrise de la condensation en phase gazeuse (gaz cooler);

L’eau (H2O)

Fluide inorganique, bien entendu sans toxicité. Même si sa grande enthalpie de vaporisation est intéressante, il ne se prête pas à la production de froid sous 0°C. Il est peu adapté au cycle à compression et ses applications sont rares.

Synthèse

Frigorigène	Fluide naturel	ODP3	GWP (100ans) valeurs IPCC 3	GWP (100ans) valeurs WMO 4	Temp. critique (°C)	Pression critique (MPa)	Inflammabilité	Toxicité	Coût relatif	Puissance volumétrique
R290 (HC) CH₃CH₂CH₃	Oui	0	20	20	96,7	4,25	Oui	Non	0,3	1,4
R717 (Ammoniac NH₃)	Oui	0	<1	<1	132,3	11,27	Oui	Oui	0,2	1,6
R 744 (CO₂)	Oui	0	1	1	31,1	7,38	Non	Non	0,1	8,4
R718 (H₂O)	Oui	0	0

Caractéristiques environnementales des fluides frigorigènes naturels.

Nomenclature

Les fluides frigorigènes sont soumis à une nomenclature qui se veut internationale. L’ASHRAE, une des plus utilisées, désigne les fluides frigorigènes par la lettre R associée à 2,3 ou 4 chiffre + une lettre (R134a par exemple).

Le tableau ci-dessous montre la méthode de désignation des fluides réfrigérants :

R-WXYZ§
Nomenclature	Appellation courante	R12	R134a	R1270
Nomenclature	Appellation pour la détermination de la formule	R-0012	R-0134a	R-1270
CFC
W = Nombre d’insaturation Carbone = Carbone (C=C)	C=C (double liaison)	0	0	1
X = nombre de Carbone -1	nombre d’atomes de Carbone C = X + 1	1	2	3
Y = nombre de Hydrogène +1	nombre d’atomes d’Hydrogène H = Y – 1	0	2	6
Z = nombre de Fluor	nombre d’atomes de Fluor F = Z	2	4	0
R401A	nombre d’atomes de Chlore Cl*	2	0	0
Formule chimique		C Cl₂F₂	C₂H₂F₄	CH₃ CH=CH₂
Si § = A-E => symétrie Si § = a-b => asymétrie (avec a moins asymétrique que b)	symétrie de la molécule	symétrique	asymétrique	symétrique

Calcul du nombre d’atomes de chlore : Pour les molécules saturées (w = 0), Le nombre d’atomes de chlore s’obtient à partir de la formule suivante : Cl = 2.(C = 1) – H – F.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Adoucisseur d’eau [Stérilisation]

L’adoucisseur échangeur d’ions

Au départ, la présence de calcaire

L’eau est un solvant très efficace ! au contact de l’atmosphère elle capte du CO₂ et devient légèrement acide (H₂CO₃). Par percolation au travers des sols, elle entre en contact avec la roche calcaire CaCO₃, qu’elle dissous.

Le carbonate de calcium CaCO₃ présent dans l’eau va précipiter sur les parois lors d’une montée en température de celle-ci.

L’adoucisseur est dès lors un appareil destiné à capter les ions Ca++ et Mg++ présents dans l’eau en les fixant sur une résine cationique. En effet, l’eau passe au travers d’une cartouche contenant des millions de petites billes de résine, chargées d’ions sodium.

Adoucisseur.

Distributeur d’eau et de solution de régénération
Résine échangeuse d’ions
Plancher à buses (crépines) avec fentes de 0,4 mm

Par exemple, il peut s’agir de la zéolithe, silicate d’Al et de Na :

Na₂O . Al₂O₃. n SiO₂. m H₂O

On dira en abrégé : Na₂Z

Au passage de l’eau sur cette résine, les ions calcium seront captés :

Na₂Z + Ca++ –> CaZ + 2 Na+

ou encore :

Na₂Z + Ca(HCO₃)2 –> CaZ + 2 Na(HCO₃)

De même pour les ions magnésium :

Na₂Z + Mg(HCO₃)2 –> MgZ + 2 Na(HCO₃)

Remarque : le sel sodique produit (Na (HCO₃)) passera dans l’eau mais ne contribuera pas à la dureté de l’eau; si la température augmente, il ne se dépose pas.

Régénération

Lorsque la résine est saturée en ion Ca++, il faut les éliminer et replacer les ions Na+. C’est la phase de régénération :

CaZ + 2 NaCl –> Na₂Z + CaCl₂

Prolifération de micro-organismes

Les échangeurs d’ions offrent, comme d’autres filtres, de bonnes conditions de prolifération aux micro-organismes en raison de l’importante surface de leurs pores internes. Si aucune mesure n’est appliquée, on constate donc souvent une augmentation de la teneur en bactéries de l’eau traitée. La prolifération microbienne peut être combattue de façon efficace par l’adjonction d’environ 1 % de résine échangeuse d’ions imprégnée d’argent.

La corrosion des eaux trop adoucies

L’eau adoucie présente une concentration en calcium proche de zéro. Dès lors, l’équilibre calco-carbonique rend l’eau très agressive (les dépôts calcaires protecteurs sont rapidement dissous). On conseille dès lors de ne pas adoucir l’eau en dessous des 15°F, soit grâce à un réglage de l’adoucisseur, soit par le placement d’un bypass qui réalise un mélange entre de l’eau traitée et de l’eau totalement adoucie.

Attention à la propreté des sels

Si des impuretés sont mélangées au sel de régénération (bacs restant ouverts…), elles pourront servir de nutriments aux bactéries et tout paraticulièrement à la légionelle !

Les inhibiteurs de tartre

Le principe consiste à inhiber l’entartrage plutôt qu’à éliminer le calcium, par l’injection d’un produit chimique, tel que le polyphosphate qui va se dissoudre dans l’eau et enrober chaque ion calcium d’un « manteau » d’ion phosphate. La croissance des cristaux calcaires est freinée et/ou leur adhésion est empêchée sur les parois.

Mais ce produit est avalé avec l’eau par le consommateur… le contrôle de la concentration doit être rigoureux !

De plus, les polyphosphates n’agissent plus si l’eau est trop chaude.

Le CSTB en France a réalisé récemment une étude sur ce sujet.

Les systèmes physique et/ou magnétique

L’appareil agit par effet électrique et/ou magnétique et transforme le calcium en aragonite (une variété cristalline du carbonate de calcium), plus stable et donc donnant moins lieu à des dépôts.

Certains de ces systèmes ont des effets réels mais variables en fonction de divers paramètres (température, débit, intensité électrique,….) si bien qu’il est difficile de prévoir avec certitude le résultat de leur action dans des conditions particulières.

Pour plus d’informations sur ces différentes techniques, on consultera utilement le Cours – conférence n°51 du CSTC – « la corrosion et les tubes métalliques utilisés pour la distribution d’eau dans les bâtiments ».

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation de puissance des groupes frigorifiques [Froid alimentaire]

Source : Carrefour Mons (variateur de vitesse des compresseurs).

Vue d’ensemble

Généralités

Plus encore que dans un cycle thermodynamique ouvert, les équipements composant un cycle fermé sont liés les uns aux autres. En d’autres termes dès qu’un des éléments du circuit modifie son régime de fonctionnement, les autres doivent y répondre presque instantanément.

Les principales modifications de régime se retrouvent au niveau des équipements suivants :

L’évaporateur est soumis en permanence à l’influence du climat régnant dans l’enceinte de la zone réfrigérée (chambre froide, meuble frigorifique ouvert ou fermé, …).
Le condenseur, quant à lui, doit souvent évacuer la chaleur prise par l’évaporateur à l’ambiance et la chaleur de compression du compresseur à l’extérieur soumis aux variations climatiques que nous connaissons tous et donc variables. Cette chaleur est souvent appelée la chaleur de réjection.

Sans régulation des différents équipements, le cycle frigorifique serait instable de par les variations quasi permanentes des climats tant interne qu’externe.

Dans ce qui suit, on considère un circuit frigorifique simple sans la présence d’une boucle secondaire qui caractérise de plus en plus les installations modernes de puissance frigorifique importante. On entend donc par » circuit frigorifique simple » une installation composée :

d’un évaporateur à air;
d’un condenseur à air.

Le schéma ci-dessous illustre, de manière générale, les grands principes de la régulation des différents composants du circuit frigorifique en fonction de la réaction de l’évaporateur et du condenseur suivant respectivement les variations climatiques internes de la zone à réfrigérer et externes.

Régulation complète du cycle frigorifique.

Régulation de la charge frigorifique à l’évaporateur

Côté application

La charge frigorifique au niveau de l’évaporateur varie régulièrement en fonction de différents événements par exemple :

Les ouvertures et fermetures incessantes des portes des chambres frigorifiques ou des meubles frigorifiques fermés.
Les chargements et déchargements des denrées plus ou moins saturées en humidité.
La variation du climat par rapport aux meubles frigorifiques ouverts.
Pour un ensemble d’applications frigorifiques branchées sur une même boucle de fluide caloporteur (eau glycolée, CO₂, …), toutes les applications n’ont pas la même demande au même moment; ce qui signifie que l’évaporateur général desservant la boucle sera en régime variable permanent.
…

La chaleur prise à l’ambiance frigorifique par l’évaporateur est d’abord assurée par le déplacement naturel ou forcé de l’air sur les ailettes de l’évaporateur.

Dans les moyennes et grandes installations de réfrigération, l’échange de chaleur entre l’air de l’ambiance et le fluide frigorigène n’est pas toujours direct. Une boucle de fluide caloporteur peut assurer le transfert de la charge frigorifique.

Détente directe (échange direct entre l’air et le fluide frigorigène).

Boucle à fluide caloporteur (échange indirect entre l’air et le fluide frigorigène).

L’air échange donc sa charge thermique, au travers des ailettes de l’évaporateur en direct au fluide frigorigène, indirectement par l’intermédiaire d’un fluide caloporteur. Mais on s’éloigne un peu du circuit simple.

Côté application (vitrine, meuble ouvert ou fermé, …), l’échange avec l’évaporateur s’effectue par convection (naturelle ou forcée) ou par conduction :

Pour certaines applications particulières, l’échange est naturel par convection. La régulation de l’échange thermique est plus aléatoire. L’ouverture d’une vitrine par exemple, risque de perturber rapidement le flux d’air et par conséquent l’échange avec l’évaporateur.

Vitrine en convection naturelle.

Pour la plupart des applications, l’échange est en convection forcée par une ventilation mécanique. Le premier organe que l’on rencontre au niveau de la régulation de l’échange thermique (ou plus exactement enthalpique) est le ventilateur. Dans la majorité des cas, le ventilateur fonctionne :
- en tout ou rien sur base d’une température de consigne dans l’espace à réfrigérer
- en continu.

Meuble ouvert en convection forcée.

Il peut être intéressant en convection forcée, surtout pour les installations de puissance importante de travailler avec une vitesse variable au niveau des ventilateurs. Par exemple, dans les chambres froides en période d’inactivité, la demande de frigories devient faible. Pour éviter de faire fonctionner le ventilateur en tout ou rien en le sollicitant par des démarrages fréquents, il serait intéressant de réduire la vitesse des ventilateurs par variation de fréquence.

Côté fluide frigorigène : l’évaporateur

La régulation de la charge frigorifique côté du fluide frigorigène est très complexe. On pourrait en première approximation dire que l’organe principal de régulation de l’échange au niveau de l’évaporateur est réalisé par le détendeur. En effet, il régule le débit de remplissage de l’évaporateur en mesurant l’image de la surchauffe (surchauffe = température sortie évaporateur – température d’évaporation).

Contrairement à ce que l’on prétendait auparavant, la valeur de la surchauffe optimale n’est pas fixe par rapport à la charge frigorifique. La valeur minimale de surchauffe stable traduit l’adaptation de la surchauffe en fonction de la charge frigorifique.

Régulation par détendeur électronique en fonction de la valeur minimale de surchauffe stable.

On peut retrouver différents types de détendeurs permettant le remplissage de l’évaporateur quelle que soit sa charge :

Le détendeur thermostatique. Ce type de détendeur offre une régulation de la surchauffe linéaire en fonction de la charge frigorifique.
Le détendeur électronique, associé avec une régulation numérique, permet d’adapter la valeur de la surchauffe pour « coller » au profil de la courbe idéale donnée par la valeur minimale de surchauffe stable.

Dans tous les cas, la régulation optimale du détendeur est primordiale pour la machine frigorifique surtout au niveau des consommations énergétiques et de la sécurité du compresseur.

Côté fluide frigorigène : le compresseur

La gestion du remplissage de l’évaporateur étant assurée par le détendeur, l’alimentation en fluide frigorigène du détendeur est réalisée par le compresseur qui agit comme une pompe volumétrique :

Si l’évaporateur est en demande de frigories, le détendeur s’ouvre pour pallier à cette demande. Le circuit étant fermé le compresseur doit lui aussi répondre à l’appel de puissance frigorifique par une augmentation de son débit.
À l’inverse, si l’évaporateur n’est plus en demande de frigories, le détendeur se referme. Le compresseur, quant à lui n’a plus de raison d’alimenter le détendeur et donc diminue son débit ou s’arrête.

Beaucoup de systèmes de régulation ont été développés afin d’optimiser l’alimentation en fluide frigorigène de l’évaporateur (via le détendeur). La plupart des systèmes sont repris ci-dessous :

La régulation « tout ou rien » par marche/arrêt du compresseur;
La régulation « tout ou rien » par vidange de l’évaporateur (ou « pumpdown »);
La régulation « progressive » de la pression d’évaporation;
La régulation par « étages » ou « en centrale »;
La régulation par variation de vitesse ou « INVERTER »;
L’obturation de l’orifice d’aspiration;
La régulation par injection des gaz chauds;
La régulation par « tiroir » des compresseurs à vis;

Régulation de la charge de réjection au condenseur

On entend par charge de réjection, le total de la chaleur extraite du milieu à réfrigérer et de la chaleur de compression du compresseur.

Côté fluide frigorigène : le compresseur

Le condenseur ne participe qu’indirectement à l’évacuation de la charge frigorifique de l’évaporateur. Il ne détermine que le niveau énergétique auquel la chaleur extraite au niveau de l’évaporateur, augmentée de la chaleur de compression, sera rejetée à l’extérieur.
Le niveau énergétique est conditionné par l’extérieur (température externe) :

Plus il est haut (en période chaude), plus le compresseur devra fournir un travail (travail de compression) important pour rejeter cette chaleur à l’extérieur; le taux de compression HP/BP (Haute Pression / Basse Pression) augmente, la consommation énergétique augmente et l’efficacité énergétique du compresseur se dégrade.
À l’inverse, plus il est bas (en période froide), moins l’effort à fournir par le compresseur est important.

Il est donc très important de réduire le niveau énergétique de rejet de la chaleur au niveau du condenseur par la réduction de la température de condensation.

On sent plus ses jambes lorsqu’on monte deux étages plutôt q’un.

Rappelons qu’un abaissement de la température de condensation de 1 °C correspond plus ou moins à 2 % d’économie de la consommation électrique du compresseur (travail de compression). De même, comme l’illustre la figure ci-dessous.

Côté fluide frigorigène : le détendeur

Relation puissance frigorifique-pression au détendeur.

L’abaissement de la température, et donc de la pression de condensation (pression et température sont intimement liées par une loi propre à chaque fluide frigorigène), n’est pas sans conséquence sur le fonctionnement du détendeur :

Le détendeur thermostatique a besoin d’une différence de pression pour réguler correctement l’admission à l’évaporateur du fluide frigorigène. D’après certains catalogues de fabricants, la différence de pression idéale de part et d’autre du détendeur est de l’ordre de 10 bars, ce qui correspond, pour un fluide frigorigène tel que le R134A, à une différence de température de l’ordre de 55 °C. Pour une application nécessitant une température à l’évaporateur de – 10 °C (froid positif par exemple), la température idéale au condenseur, pour que le détendeur soit dans des conditions optimales de fonctionnement, devrait être de 45 °C : le compresseur travaillera dans des mauvaises conditions (taux de compression HP/BP élevé).
Le détendeur électronique n’est pas soumis aux mêmes restrictions. D’une part, en aval il remplit mieux l’évaporateur en suivant au plus près la valeur minimale de surchauffe stable, d’autre part, il supporte mieux les variations de pression engendrées par une régulation flottante de la pression de condensation en entraînant moins de perturbations quant à la gestion du débit de remplissage de l’évaporateur.

Côté fluide de refroidissement : le condenseur

Le second principe de réduction de consommation énergétique de la machine frigorifique est l’abaissement de la température de condensation. La combinaison d’un détendeur électronique (supportant les basses pressions de condensation) et d’une régulation de la pression de condensation en fonction des conditions climatiques externes permet d’atteindre cet objectif.

Auparavant, on considérait pratiquement que la limite technique stable de fonctionnement du groupe frigorifique était acquise pour une température de condensation minimale de 20°C; ce qui signifie que tout le pouvoir rafraîchissant du fluide de refroidissement tel que l’air externe ou l’eau sous une valeur de pression de condensation de 15 – 16 °C n’était pas réalisable. La venue du détendeur électronique maintenant le permet.

Concrètement, pour que la pression de condensation soit la plus faible possible, on utilise au maximum le pouvoir rafraîchissant du fluide de refroidissement externe :

Dans le cas de l’air, on peut considérer que dans notre pays on doit pouvoir exploiter la température moyenne externe de 6 – 7 °C pour arriver à abaisser correctement la température de condensation.
Dans le cas de l’eau (plus rare en réfrigération commerciale), son pouvoir rafraîchissant étant beaucoup plus important que l’air, l’abaissement de la température de condensation ne pose pas trop de problèmes.

La régulation du détendeur

Suivant la technologie des détendeurs, la régulation de la surchauffe est optimisée ou pas :

Les détendeurs thermostatiques, de par la simplicité de leur technologie, ne peuvent que très difficilement optimiser la valeur de la surchauffe en fonction de la charge de l’évaporateur.
Les détendeurs électroniques, permettent par une mesure de pression et de température à la sortie de l’évaporateur (prise en compte de la perte de charge dans l’évaporateur) de réguler de manière optimale cette valeur de surchauffe en fonction de la charge de l’évaporateur.

Valeur minimale de surchauffe stable

Afin d’alimenter l’évaporateur de manière optimale, même si la charge frigorifique est variable en permanence côté application, c’est le détendeur qui endosse le rôle de régulateur de débit dans l’évaporateur côté fluide frigorigène. La régulation du débit de fluide est basée sur la mesure permanente de la surchauffe à sortie de l’évaporateur. Il existe une valeur minimale de surchauffe stable en fonction de la charge frigorifique de l’évaporateur qui garantit l’optimisation de la capacité frigorifique de l’évaporateur tout en soulageant le travail de compression du compresseur. La figure ci-dessous montre la loi qui lie la surchauffe à la valeur Q₀ de la charge opérationnelle de l’évaporateur :

Valeur minimale de surchauffe stable.

La régulation du détendeur thermostatique

Jusqu’il y a peu, la technologie vraiment éprouvée était le détendeur thermostatique. À l’heure actuelle, la plupart des installations de petite à moyenne puissance utilisent encore cette technologie. La régulation du débit d’alimentation de l’évaporateur et, par conséquent, de la surchauffe obéi à une loi proportionnelle en fonction de la charge frigorifique demandée à l’évaporateur. Sur la figure suivante on voit tout de suite que la régulation de la surchauffe selon la courbe de la valeur minimale de surchauffe stable est impossible entraînant une mauvaise gestion du remplissage de l’évaporateur :

À gauche de la courbe, la régulation par le détendeur est problématique, car le fluide, pour certains débits, est encore liquide à la sortie de l’évaporateur risquant d’envoyer ce liquide au niveau du compresseur.
À droite de la courbe, la puissance frigorifique maximale de l’évaporateur ne peut être atteinte sachant que le fluide est déjà vaporisé dans l’évaporateur (idéalement, la dernière goutte liquide de fluide doit être évaporée juste à la sortie de l’évaporateur).

Régulation de la surchauffe avec un détendeur thermostatique.

La régulation des détendeurs électroniques

Les nouvelles technologies permettent de suivre au plus près la courbe des valeurs minimales de surchauffe stable en associant des détendeurs électroniques à des régulateurs analogiques ou digitaux. La figure suivante montre une régulation électronique optimisée qui assure en permanence un bon remplissage de l’évaporateur. On remarquera que la régulation assure toujours que le fluide reste bien vaporisé dans l’évaporateur en évitant d’envoyer du liquide au niveau du compresseur (on reste à droite de la courbe).

Régulation de la surchauffe avec un détendeur thermostatique.

La consigne flottante de basse pression

Il ne faut pas oublier, qu’en général, plus de la moitié du temps sur la semaine, les apports aux meubles, vitrines, …, et chambres frigorifiques sont limités vu que l’activité commerciale est réduite voire nulle. Il en résulte que la température de consigne de l’évaporateur pourrait être remontée sans pour autant dégrader les denrées alimentaires.

Les températures de consigne que l’on rencontre couramment dans les applications de froid positif sont de – 10 – 12 °C en journée en pleine activité (ouverture et fermeture des portes des vitrines fermées par exemple).

Le fait de remonter la consigne de température d’évaporation à – 5 °C en soirée, par exemple, suffit à maintenir les températures de conservation des denrées à cœur. Le gros avantage est que :

Les consommations énergétiques du compresseur diminuent (+- 2 à 3 % par K).
Le nombre de dégivrages est réduit.
Les denrées sont moins soumises aux variations de température entre les régimes jour et nuit (moins de déshydratation).
…

La régulation du compresseur

Le compresseur est une pompe volumétrique, il doit adapter son débit aux demandes du détendeur.

La régulation du compresseur est très importante sachant qu’une grande partie de l’énergie consommée par le groupe frigorifique est due à l’énergie électrique consommée par le moteur du compresseur. Cette régulation se base sur la pression d’aspiration qui traduit les demandes de l’évaporateur en froid.

En effet :

En cas de demande de froid de l’évaporateur, la surchauffe augmentant, le détendeur va réagir en s’ouvrant et en augmentant le débit de remplissage de l’évaporateur. Vu que le compresseur n’a pas changé son débit d’alimentation, la surchauffe ne peut pas être régulée et continue à augmenter du fait que le détendeur n’est plus alimenté par le compresseur. Au niveau de la conduite d’aspiration des compresseurs, la pression d’aspiration augmente autorisant le compresseur à augmenter son débit jusqu’à une certaine valeur (rétablissement de la valeur de surchauffe correcte en fonction de la charge frigorifique de l’évaporateur).
À l’inverse, en cas de réduction de la demande de froid de l’évaporateur, la diminution de la pression d’aspiration réduit le débit du compresseur.

Plusieurs techniques, bonnes ou mauvaises, récentes ou pas permettent de réguler le débit ou le temps de fonctionnement du compresseur, à savoir la régulation :

tout ou rien par marche / arrêt du compresseur
tout ou rien par marche / arrêt du compresseur et par vidange de l’évaporateur (pump down);
par étage de compression;
par variation de vitesse du compresseur;
par la mise hors service de cylindres;
par l’obturation de l’orifice d’aspiration;
par « tiroir » pour les compresseurs à vis;
…

La régulation « tout ou rien » par marche / arrêt du compresseur

Ce type de régulation est ancien et basique. Elle régule encore beaucoup d’installation notamment les petites puissances. Elle ne se base pas sur la mesure de la pression d’aspiration qui traduit la demande de l’évaporateur en fluide frigorigène, mais sur la consigne de température de l’ambiance de la zone à réfrigérer.

Appliquons le principe d’une régulation par « tout ou rien » à une machine frigorifique.

Le thermostat d’ambiance agit directement sur l’alimentation du compresseur. En général, il agit en parallèle sur l’électrovanne placée sur la ligne liquide.
Les pressostats de sécurité (pressostats HP et BP) peuvent également agir sur le compresseur et sur l’électrovanne de la ligne liquide, mais en cas de fonctionnement anormal cette fois.

C’est de cette manière, simple et fiable, que sont régulées certaines armoires à groupe frigorifique incorporé, …

Pour les machines plus puissantes, il y aurait un risque trop élevé d’échauffement des bobinages du moteur.

La régulation « tout ou rien » par vidange de l’évaporateur (ou « pumpdown »)

Le principe consiste à arrêter le fonctionnement du compresseur par le pressostat BP, suivant la cascade d’événements suivants :

Supposons que le niveau de froid soit atteint dans l’ambiance : le thermostat coupe l’alimentation de l’électrovanne sur la ligne liquide.
Le fluide frigorifique ne peut plus alimenter l’évaporateur.
Le peu de fluide qui s’y trouve encore s’évapore.
Comme le compresseur continue d’aspirer les vapeurs, la pression chute.
Le pressostat BP détecte l’insuffisance de pression et arrête le compresseur.

La remise en marche suit la même logique :

La sonde d’ambiance informe le thermostat d’une remontée en température.
Le thermostat alimente l’électrovanne qui s’ouvre.
Le fluide frigorigène envahit l’évaporateur.
La pression remonte.
Le compresseur se remet en marche sous l’impulsion du pressostat BP et le cycle continue.

Remarques.

On constate cette fois que deux pressostats BP seront nécessaires : un pressostat BP d’arrêt ou de mise en marche du compresseur et un pressostat de sécurité qui intervient en cas de fonctionnement anormal.
Suivant les schémas électriques :
- soit le pressostat n’autorise le redémarrage que s’il y a demande de froid (mise en série des interrupteurs),
- soit le pressostat enclenche le compresseur même s’il n’y a pas de demande de froid, ce qui est à éviter, car cela entraîne des démarrages trop fréquents.

L’avantage de ce type de régulation est qu’il va vider l’évaporateur et le circuit basse pression de la majorité du fluide frigorifique. Or celui-ci risquait de se condenser à l’arrêt du groupe, de former des gouttes de liquide, gouttes dangereuses au redémarrage (coups de liquide au compresseur).

De plus, cette technique abaisse la pression du carter du compresseur. Le fluide frigorifique dissous dans l’huile, s’évapore en bonne partie grâce à cette basse pression. Et lors du redémarrage, l’émulsion de l’huile sera plus faible. Ceci ne permet pas de couper le chauffage de l’huile du carter pour autant.

Ce type de régulation est couramment utilisé, particulièrement lorsqu’il est nécessaire de vider l’évaporateur du fluide frigorifique avant l’arrêt.

On le rencontre dans les groupes frigorifiques dont l’évaporateur travaille à « détente directe » (batterie de caissons de traitement d’air), dans les groupes de production d’eau glacée, …

La régulation par « étages »

Comme pour les cascades de chaudières, le principe consiste à découper la tâche par palier !

La régulation de la puissance frigorifique s’effectue par la mise en parallèle successive des compresseurs (cascade) sur base de la pression d’aspiration à l’entrée des compresseurs.

Cascade de compresseurs.

Comme le montre la figure ci-dessus, les niveaux de pression d’aspiration pour la mise en service des différents étages de compression constituant la centrale sont différents de ceux pour la mise hors service de manière à réduire la sollicitation des compresseurs.

La régulation de la vitesse de rotation ou système « INVERTER »

La puissance frigorifique peut aussi être régulée par la variation de vitesse du compresseur. Ce type de système représente l’avenir de la régulation de puissance frigorifique des compresseurs tant au niveau des petites que des grandes puissances.

Régulation par variation de fréquence.

Le contrôle traditionnel par mode MARCHE/ARRET entraîne des fluctuations de la température à l’évaporateur nuisibles aux denrées et des mauvaises conditions de rendement du compresseur.

Les compresseurs dont on fait varier la vitesse vont comprimer un volume de fluide variable et ainsi adapter leur puissance frigorifique à la charge thermique des espaces réfrigérés. Quand un écart est mesuré entre le point de consigne et la température du meuble frigorifique, par exemple, le système de régulation agit sur la vitesse de rotation du compresseur qui voit son débit se modifier et, par conséquent adapter la puissance frigorique de la machine. Ce mode de régulation est appelé « INVERTER ». Il permet une variation de vitesse du compresseur sans pertes importantes de rendement.

Notons que le démarrage du compresseur se fait toujours à basse vitesse, contrairement au fonctionnement MARCHE/ARRET. La pointe de courant nécessaire au démarrage est ainsi fortement réduite.

La technologie INVERTER est actuellement au point. Cependant, dans certains anciens modèles, elle présente encore quelques inconvénients tels les parasites qu’elle induit dans le réseau électrique. Mais actuellement, les variateurs de fréquences sont équipés de filtres permettant d’éliminer les harmoniques nuisibles au réseau d’alimentation électrique.

Dans ce but, la technique traditionnelle du compresseur alternatif (piston et vilebrequin), d’une fiabilité légendaire, est progressivement remplacée par :

Le compresseur rotatif

rendement similaire,
niveau sonore moindre,
fonctionnement à vitesse variable.

Le compresseur scroll

rendement plus élevé,
niveau sonore encore plus faible,
fonctionnement à vitesse variable.

La mise hors service de cylindres

Le réglage de la puissance frigorifique peut se faire par la mise hors service d’un ou de plusieurs cylindres de compresseurs à pistons. Pour supprimer l’action d’un piston, il suffit de maintenir ouverte en permanence la soupape d’aspiration. C’est une méthode très répandue.

Un tel système est simple et fiable, moyennement efficace sur le plan énergétique. Les cylindres tournant à vide ont pour conséquence que, pour une puissance de réfrigération de 50 % par exemple, la machine absorbe encore environ 65 % de la puissance d’entraînement.

Avantage : pour éviter les pointes de courant de démarrage, il est possible de démarrer à vide le compresseur.

Par contre, la variation de la puissance n’est pas continue (sauts de puissance). Et, autre inconvénient, l’usure de la machine est pratiquement identique à vide ou en charge.

L’obturation de l’orifice d’aspiration

Dans les compresseurs à pistons, un obturateur commandé par une électrovanne bouche l’entrée d’un ou de plusieurs cylindres, réduisant ainsi le débit et donc la puissance de la machine frigorifique. Ce système provoque un échauffement du compresseur, ce qui n’est énergétiquement pas favorable, et entraîne le besoin de laisser au moins un ou deux cylindres sans obturateur.

La régulation « par tiroir » des compresseurs à vis

Les compresseurs à vis sont munis d’un dispositif qui rend leur puissance réglable dans une plage allant de 100 à 10 %. Le rendement reste satisfaisant, du moins jusqu’à 50 % de la charge nominale. En dessous, le rendement se dégrade et il faut donc éviter ces fonctionnements à basse puissance. L’intérêt de ne pas surdimensionner les installations reste déterminant.

Le principe consiste à limiter la course de la vis : en délaçant un « tiroir », c.-à-d. un élément du stator déplaçable par translation comme un tiroir, on modifie la section d’entrée du volume aspiré et donc on module le débit.

Un tel mécanisme permet d’assurer également le démarrage à vide de la machine.

La régulation de l’évaporateur

La régulation « progressive » de la pression d’évaporation

Comment adapter la puissance frigorifique à la charge réelle de l’ambiance ? La régulation par « tout ou rien » du compresseur entraîne un nombre élevé d’enclenchements et de déclenchements du compresseur, et une fluctuation de la température intérieure des meubles frigorifiques ou des chambres froides.

On cherche dès lors une adaptation plus progressive de la puissance frigorifique aux besoins des espaces réfrigérés.

Le régulateur de pression d’évaporation

Imaginons une charge assez faible. Le compresseur va aspirer les vapeurs, mais celles-ci sont peu importantes. La pression à l’aspiration va diminuer, entraînant une diminution de température d’évaporation, et même un risque de gel de l’évaporateur.

On introduit alors un régulateur de pression entre l’évaporateur et le compresseur, un robinet qui va laminer les vapeurs de fluide frigorigène et créer une perte de charge : la pression dans l’évaporateur restera constante, mais la pression côté compresseur va baisser fortement.

On parle d’ailleurs d’un « robinet à pression constante. Il assure le « laminage des vapeurs aspirées ».

La puissance frigorifique va diminuer, mais les températures à la sortie du compresseur vont s’élever (parfois jusqu’à 100°C).

Bien sûr, si la charge augmente, la vanne s’ouvre et le débit de fluide augmente. A charge thermique maximale, le robinet est totalement ouvert.

Le régulateur de pression d’évaporation prévient contre le risque de gel de l’évaporateur, en supprimant le risque d’avoir une pression si basse que l’évaporateur ne prenne en glace.

Mais le rendement énergétique de la machine s’en trouve dégradé… Et pourtant ce type de régulation est fréquemment employé, lorsque la réduction de puissance n’excède pas 40 à 50 %

La régulation par injection des gaz chauds

Le principe consiste à reboucler les gaz chauds sortis du compresseur vers l’entrée de l’évaporateur, juste après le détendeur. Un régulateur de capacité (ou de puissance) maintient la pression d’évaporation à la grandeur préréglée. Tandis que le détendeur régule toujours la surchauffe à la sortie de l’évaporateur, donc la température des vapeurs en sortie de l’évaporateur reste constante.

Tout ceci permet de rendre constant le débit de frigorigène qui traverse l’évaporateur.

Lorsque la charge thermique diminue (= lorsque le besoin de refroidir les locaux est faible), le régulateur de capacité s’ouvre (il maintient la pression en injectant du fluide frigorigène) et des vapeurs, chaudes, mais détendues, constituent une charge thermique complémentaire de l’évaporateur. (voir aussi « fonctionnement global de la machine frigorifique« ).

Bien sûr, avec un tel système, la puissance de l’évaporateur peut varier pratiquement de 0 à 100 % !

Mais ce fonctionnement est pervers : si le besoin de froid diminue, et que le compresseur pourrait « être mis au chômage », on réinjecte de la chaleur pour donner du travail au compresseur !!!

Comparaison : imaginons une pompe qui vide un réservoir « bas » vers un réservoir « haut ». De peur du risque qu’elle se désamorce si elle n’a plus assez d’eau à pomper, on lui réinjecte de l’eau venant du réservoir haut ». Ainsi, elle peut continuer à fonctionner sans problème !

Il faut qualifier cette technique de « pur anéantissement d’énergie ». En effet, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, elle provoque un échauffement du moteur. Elle se rencontre assez souvent, car elle met en œuvre un matériel peu coûteux. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

La régulation du condenseur

Deux types de régulation sont généralement envisagés au niveau de la régulation du condenseur :

la régulation à pression (ou température) de condensation constante.
la régulation à pression (ou température) de condensation flottante.


Régulation avec pression de condensation constante.	Régulation avec pression de condensation flottante.

Pour des pressions d’évaporation fixes (c’est le but du jeu), la régulation du condenseur est surtout influencée par le choix du détendeur :

le détendeur thermostatique est sensible aux variations de pression de condensation;
le détendeur électronique s’accommode mieux des variations de pression de condensation.

Association avec un détendeur thermostatique

Les détendeurs thermostatiques sont encore très présents dans les installations de froid commercial même neuves. Ce type de détendeur travaille essentiellement avec un condenseur dont la pression de condensation est fixe. La pression de condensation mesurée à l’entrée du condenseur est régulée en faisant varier de débit d’air par exemple par un système « tout ou rien » au niveau de l’alimentation électrique du ventilateur comme le montre la figure suivante.

Le détendeur thermostatique a besoin d’une pression de condensation suffisante afin qu’il puisse fonctionner de manière optimale. En pratique, une différence de pression de l’ordre de 10-12 bars est nécessaire au détendeur thermostatique afin d’alimenter correctement l’évaporateur.

Exemple.

Un commerçant a besoin d’un meuble frigorifique à application positive. La température d’évaporation est fixée à -10°C utilisant du R134a comme fluide frigorigène.

Un détendeur pris dans un catalogue de fabricant connu dans le domaine donne les valeurs de puissance frigorifique dans le tableau suivant :

Température de condensation [°C]	Puissance frigorique du détendeur [kW]
10	10.2
15	12.85
20	14.85
25	16.4
30	17.7
35	18.7
40	19.4
45	19.9
50	20.2
55	20.2

En analysant le tableau et la courbe ci-dessus, on voit que :

Pour optimiser le fonctionnement du détendeur et, par conséquent, garantir un bon remplissage de l’évaporateur, la température de condensation doit être de l’ordre de 45°C (puissance frigorifique maximale).
Lorsqu’on descend trop bas en pression, l’efficacité du détendeur thermostatique diminue fortement.

Pression ou température de condensation fixe

Dans un système simple, où la consigne de température est fixée à 45 °C (correspond à une pression de condensation mesurable de 10,5 bar), la performance du détendeur est correcte. Par contre, le compresseur, quant à lui, a un taux de compression HP/BP de l’ordre de 6 (sachant que la pression à l’aspiration est de l’ordre de 1.7 bar);or on sait que les performances énergétiques des compresseurs diminuent pour des taux de compression HP/BP élevés.

Pression ou température de condensation flottante

En supposant que ce soit réalisable dans la pratique, un système à pression de condensation flottante en fonction des conditions climatiques est envisagé.Si la température de condensation est abaissée à 20 °C (correspond à une pression de condensation mesurable de 4,7 bar) sachant que la température externe de l’air est de 12°C par exemple, la puissance frigorifique du détendeur diminuera de l’ordre de 25 %. Par contre, le taux de compression HP/BP du compresseur passera de 6 à 2,7 (soit une réduction théorique du travail de compression de l’ordre de 55 %.

Malheureusement, dans la pratique, en plus de la réduction de capacité frigorifique du détendeur thermostatique de 25 % à basse pression de condensation, la régulation du remplissage de l’évaporateur par ce type de détendeur n’est pas optimale (la régulation ne suit pas la valeur minimale de surchauffe stable). Ce qui veut dire que même si le taux de compression HP/BP du compresseur s’améliore de 55 %, l’efficacité globale détendeur thermostatique-évaporateur n’est pas idéale. L’effet sur la consommation du compresseur ne se fera que très peu sentir.

Dans le tableau qui suit, on résume les avantages et les inconvénients d’un tel système :

(+)

Réduction du taux de compression HP/BP dû à la diminution de la pression de condensation (55 %).

(-)

Perte d’efficacité au niveau du détendeur (25 %) de par la diminution de pression de condensation.
Perte d’efficacité au niveau de la gestion du remplissage de l’évaporateur en fonction de la surchauffe (caractéristique intrinsèque au détendeur thermostatique).

Association avec un détendeur électronique

Les détendeurs électroniques commencent à s’implanter dans le secteur du froid commercial sachant qu’ils peuvent diminuer drastiquement les consommations énergétiques du compresseur. Aussi ils supportent mieux les variations de pression entre leur entrée et leur sortie que les détendeurs thermostatiques. Ce qui signifie qu’il accepte mieux les basses pressions de condensation.

La pression de condensation mesurée à l’entrée du condenseur est régulée en faisant varier le débit d’air, non plus par un système « tout ou rien » au niveau de l’alimentation électrique du ventilateur, mais plutôt par un système à variation de fréquence permettant de faire varier la vitesse du ventilateur de manière continue en profitant du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur pour abaisser la pression de condensation.

Exemple.

Un commerçant a toujours besoin d’un meuble frigorifique à application positive. La température d’évaporation est fixée à -10 °C utilisant du R134a comme fluide frigorigène .

Un détendeur pris dans un catalogue de fabricant connu dans le domaine donne les valeurs de puissance frigorifique dans le tableau suivant :

Température de condensation [°C]	Puissance frigorique du détendeur [kW]
10	13.65
15	15.5
20	16.9
25	17.9
30	18.9
35	19.7
40	20.1
45	20.4
50	20.5
55	20.1..

En analysant le tableau et la courbe ci-dessus, on voit que :

Pour optimiser le fonctionnement du détendeur et, par conséquent, garantir un bon remplissage de l’évaporateur, la température de condensation doit être de l’ordre de 45 °C (puissance frigorifique maximale).
Lorsqu’on descend trop bas en pression, l’efficacité du détendeur électronique diminue.

Pression ou température de condensation fixe

Dans un système simple, où la consigne de température est fixée à 45 °C (corresponds à une pression de condensation mesurable de 10,5 bar), la performance du détendeur est correcte. Par contre, le compresseur, quant à lui, a un taux de compression HP/BP de l’ordre de 6 (sachant que la pression à l’aspiration est de l’ordre de 1.7 bar);or on sait que les performances énergétiques des compresseurs diminuent pour des taux de compression HP/BP élevés.

Pression ou température de condensation flottante

Par l’utilisation d’un régulateur numérique, la pression de condensation est rendue flottante en fonction des conditions climatiques. Si la température de condensation est abaissée à 20°C (corresponds à une pression de condensation mesurable de 4,7 bar) sachant que la température externe de l’air est de 12°C par exemple, la puissance frigorifique du détendeur diminuera de l’ordre de 15 %. Le taux de compression HP/BP du compresseur passera toujours de 6 à 2,7 (soit une réduction théorique du travail de compression de l’ordre de 55 %; ce qui est déjà meilleur que le détendeur thermostatique.

De plus, contrairement au détendeur thermostatique, le détendeur électronique adapte mieux la surchauffe par rapport à la valeur minimale de surchauffe stable.

Dans le tableau qui suit, on résume les avantages et les inconvénients d’un tel système :

(+)

Réduction du taux de compression HP/BP dû à la diminution de la pression de condensation (55 %).
Amélioration de la gestion de la surchauffe permettant d’optimiser le remplissage de l’évaporateur en fonction de charge frigorifique nécessaire.

(-)

Légère perte d’efficacité au niveau du détendeur de par la diminution de pression de condensation.

La régulation généralisée

Comme on l’a vu ci-dessus, la régulation de chaque équipement d’une machine frigorifique influence celle des autres équipements en complexifiant fortement l’installation. C’était un problème il y a quelques années. Pour cette raison, les constructeurs de machines frigorifiques ont été amenés à développer des solutions centralisées au moyen de régulateurs capables de gérer une grande quantité de paramètres, d’entrées, de sortie, …

À l’heure actuelle, on trouve de plus en plus de solutions gérées par des GTC (Gestion Technique Centralisée) ou superviseur à même de surveiller, de réguler, de communiquer avec des régulateurs de tout un parc d’applications frigorifiques imposant.

Régulation de la machine frigorifique avec supervision de toute la régulation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer le niveau d’éclairement

Appareil de mesure : le luxmètre

Les niveaux d’éclairement se mesurent grâce à un luxmètre.
Le prix d’un tel appareil varie en fonction de son degré de précision, de sa plage de mesure, de la possibilité de raccorder une cellule photoélectrique séparée, de la possibilité d’enregistrer des valeurs et d’en calculer la moyenne, de mesurer un éclairement discontinu ou d’intégrer dans le temps un éclairement variable, …

Un luxmètre bon marché est généralement suffisant pour évaluer la qualité d’une d’installation.

Calcul de l’éclairement moyen intérieur

Pour déterminer le niveau d’éclairement moyen d’un local à l’aide d’un luxmètre, il faut effectuer diverses mesures d’éclairement ponctuel selon la méthodologie définie par la norme NBN L 14 – 002, et en établir une moyenne arithmétique.

La surface du local est divisée en un certain nombre de rectangles élémentaires de dimensions égales.
Les éclairements ponctuels sont mesurés au centre de chaque rectangle.
L’éclairement moyen sur l’ensemble de la surface considérée est la moyenne arithmétique des valeurs mesurées.

E_moy = (E1 + E2 + … + En) / n

indice du local K :

K = (a x b) /h (a + b)

avec,

a et b = largeur et longueur du local,
h = hauteur utile de l’installation.

Nbre minimum de points de mesure

moins de 1

1 .. 1,9

2 .. 2,9

3 et plus

Calcul de l’éclairement moyen extérieur

Pour déterminer, à l’aide d’un luxmètre, le niveau d’éclairement moyen d’un espace extérieur, il faut effectuer, sur une zone reproductible, diverses mesures d’éclairement ponctuel et en établir une moyenne arithmétique.

L’emplacement et le nombre de points de mesure sont déterminés suivant un quadrillage régulier dont la taille des mailles est obligatoirement inférieure ou égale à la hauteur de feu des luminaires divisée par 2.

Conditions impératives de mesure :

la cellule de mesure doit être parfaitement horizontale,
la cellule de mesure doit être à l’abri de toute ombre portée,
le temps doit être sec (les gouttelettes peuvent fausser la mesure).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Puissance absorbée par les lampes fluorescentes et les auxiliaires

Il est intéressant de connaître la puissance installée d’un luminaire équipé de lampes fluorescentes. En effet, elle ne se limite pas uniquement à la puissance de la lampe. Il faut tenir compte aussi du ballast.

Pour se faire une idée de la valeur de ces puissances totales avec un regard critique au niveau énergétique, on peut se référer à la classification CELMA. CELMA étant établi par une association européenne de fabricant de ballast sur base de la directive européenne 2000/55/CE.

Classification énergétique des ballasts selon CELMA (Fédération des Associations Nationales de Fabricants de Luminaires et de composants Electrotechniques pour Luminaires de l’Union Européenne).
Type de lampe	Puissance de la lampe en W		Puissance lampe + ballast (W)
Type de lampe	Puissance de la lampe en W		Ballast électronique dimmable		Ballast électronique		Ballast faibles pertes		Ballast standard
T5-E (16 mm)	50 Hz	Haute fréquence	A1 (pour un dimming à 0 % ou pour un flux de lampe à 100 %)	A1 (pour un dimming à 75 % ou pour un flux de lampe à 25 %)	A2	A3	B1	B2	C	D
	50 Hz	Haute fréquence
	–	14	< 18	< 9.5	< 17	< 19	–	–	–	–
	–	24	< 28	< 14	< 26	< 28	–	–	–	–
	–	28	< 34	< 17	< 32	< 34	–	–	–	–
	–	35	< 42	< 21	< 39	< 42	–	–	–	–
	–	39	< 46	< 23	< 43	< 46	–	–	–	–
	–	49	< 58	< 29	< 55	< 58	–	–	–	–
	–	54	< 63	< 31.5	< 60	< 63	–	–	–	–
	–	80	< 92	< 47.5	< 88	< 92	–	–	–	–
T8 (26 mm)	15	13.5	< 18	< 9	< 16	< 18	< 21	< 23	< 25	≥ 25
	18	16	< 21	< 10.5	< 19	< 21	< 24	< 26	< 28	≥ 28
	36	32	< 38	< 19	< 36	< 38	< 41	< 43	< 45	≥ 45
	58	50	< 59	< 29.5	< 55	< 59	< 64	< 67	< 70	≥ 70
TC Fluocompact à broche	5	4.5	< 8	< 4	< 7	< 8	< 10	< 12	< 14	≥ 14
	7	6.5	< 10	< 5	< 9	< 10	< 12	< 14	< 16	≥ 16
	9	8	< 12	< 6	< 11	< 12	< 14	< 16	< 18	≥ 18
	11	11	< 15	< 7.5	< 14	< 15	< 16	< 18	< 20	≥ 20

Source : CELMA
(Fédération des Associations Nationales de Fabricants de Luminaires et de composants Électrotechniques pour Luminaires de l’Union Européenne).

* Pourquoi une lampe de 58 W ne consomme-t-elle plus que 55 W lorsqu’elle est équipée d’un ballast électronique de classe A2 ?

La présence d’un ballast électronique augmente l’efficacité énergétique d’une lampe. Ainsi, pour un même flux lumineux, une lampe de 58 W ne consommera en réalité que 50 W, la perte du ballast étant de 5 W.

Remarque : les valeurs de puissance données dans la classe A1 sont très faibles par rapport aux autres classes. Il y a une explication à cela au vu des hypothèses de départ prises.

Pour bien comprendre le mode de détermination des puissances en classe A1, on prend un exemple :

Soit un tube T8 de 36 W; on note que la valeur de la puissance de la lampe + le ballast doit être < 19 W. Les hypothèses de départ sont les suivantes:

au réglage à 100 % du flux lumineux, le ballast satisfait au moins aux exigences de la classe A3, soit < 38 W,
au réglage à 25 % du flux lumineux, la puissance totale d’entrée est < à 50 % de la puissance au réglage à 100 % du flux lumineux, soit < 19 W,
le ballast doit être capable de réduire le flux lumineux à 10 % ou moins du flux lumineux maximum.

On retiendra que la présentation ci-dessus peut prêter à confusion dans le sens où l’on pourrait croire que l’ensemble ballast + lampe de la classe A1 a une très faible puissance.

Il n’en est rien !

Le ballast électronique dimmable est même moins performant que le ballast électronique de la classe A2 lorsqu’il est « dimmé »pour une valeur de 100 % du flux lumineux.

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Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Rénovation de l’ILV à Louvain-la-Neuve

Les objectifs et le choix du bâtiment

Objectif de la rénovation

La maintenance de l’UCL n’est pas insensible aux bénéfices que l’on peut tirer d’une rénovation de l’éclairage d’un bâtiment, tant du point de vue du confort que des économies d’énergie, mais en respectant un temps de retour raisonnable de 6 à 7 ans.

Choix du bâtiment

Plusieurs bâtiments de bureaux dont l’installation d’éclairage semblait assez précaire, nous ont été présentés. A nous de sélectionner celui qui présentait un potentiel d’économies d’énergie suffisant.

Nous avons dès lors dressé un diagnostic rapide, via le calcul de la puissance spécifique installée de quelques locaux.

Bâtiment des Sciences 1

Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.

Si le confort est loin d’être atteint (niveau d’éclairement insuffisant, éblouissement, …), une rénovation dans ce bâtiment ne pouvait être rentable.
En effet, on ne peut espérer diminuer fortement la consommation, vu qu’une bonne installation consomme aux environs de 12,5 W/m² pour obtenir 500 lux.

Liste des locaux

Surfaces

Lampes

Puissance spécifique

Bureau C193

3,2 x 6,45 m²

6 réglettes avec un tube fluorescent de 36 W

6 x 36 x 1,2*/3,2 x 6,45 = 12,6 W/m²

* : multiplication de la puissance des lampes par le facteur 1,2 pour tenir compte de la consommation des ballasts.

Bureaux B331 à B334

3,2 x 4,9 m²

2 luminaires direct/indirect avec ventelles planes équipés de 2 tubes fluorescents de 36 W

4 x 36 x 1,2/3,2 x 4,9 = 11 W/m²

Bâtiments des Sciences 14 & 15

Tous les locaux visités avaient une puissance spécifique du même ordre de grandeur.

Malgré que l’installation soit ancienne, l’installation est performante au niveau énergétique et les niveaux d’éclairement sont relativement bons : de 350 à 500 lux.

En effet, un luminaire équipé d’un réflecteur sans ventelles ni diffuseur a un bon rendement. Le seul problème est l’éblouissement qu’il provoque.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Bureau B117	4,8 x 7,45 m²	8 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W	8 x 58 x 1,2/4,8 x 7,45 = 13,8 W/m²
Bureau B107	7,45 x 7,45 m²	13 luminaires avec réflecteurs blancs et pas de ventelles ni diffuseurs, équipés d’un tube fluorescent de 58 W	13 x 58 x 1,2/7,45 x 7,45 = 13,6 W/m²

Bâtiment des Sciences 12

L’éclairage des bureaux consiste en des tubes fluorescents sur réglettes nues fixées sur un cadre de rail porteur leur servant aussi d’alimentation.

Tous les locaux visités avaient ainsi des puissances spécifiques très différentes. Celles-ci variaient de 7,2 à 23 W/m² avec une moyenne de 15 W/m².
Il est en effet assez facile avec un système de rails porteurs d’ajouter des réglettes. On peut supposer qu’au fil des années, des luminaires ont été ajoutés ou enlevés.

Une puissance spécifique moyenne de 15 W/m² ne permet pas de réaliser une rénovation rentable.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Bureau B189-12	2,4 x 3,5 m²	4 luminaires de 1 x 36 W	4 x 36 x 1,2/2,4 x 3,5 = 20,6 W/m²
Bureau B141	2,4 x 7,1 m²	5 luminaires de 1 x 36 W	5 x 36 x 1,2/2,4 x 7,1 =12,7 W/m²
Bureau B179	5,5 x 7,1 m²	14 luminaires de 1 x 36 W	14 x 36 x 1,2/5,5 x 7,1 = 15,5 W/m²

Bâtiment de l’Institut des Langues Vivantes

L’éclairage est constitué de luminaires à diffuseurs prismatiques jaunis par le temps.

On peut espérer diminuer la puissance de près de moitié. De plus, les temps d’occupation sont, à première vue, relativement longs. La rénovation d’une telle installation valait la peine d’être envisagée.

Liste des locaux	Surfaces	Lampes	Puissance spécifique
Local de cours a109	7,9 x 7,9 m²	9 luminaires de 2 x 58 W	9 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20 W/m²
Bureau a140	3 x 5,6 m²	3 luminaires de 2 x 58 W	3 x 2 x 58 x 1,2/3 x 5,6 = 25 W/m²

Le bâtiment et l’installation de l’éclairage existante

Description brève et détermination des locaux types

Les locaux sont répartis sur 3 niveaux. La cage d’escalier ainsi que l’ascenseur se trouvent au centre du bâtiment. Un couloir court autour de la cage d’escalier. À partir du couloir, on accède aux différents locaux. D’un côté, on trouve des bureaux, de l’autre, des laboratoires de langues.

Plan du 1er étage :

Dans ce bâtiment, il y a donc 5 locaux – types :

les bureaux,
les classes,
le hall,
les couloirs,
les sanitaires.

L’étude se fera sur un de chacun de ces locaux types.

L’installation d’éclairage actuelle

L’installation d’éclairage est constituée de luminaires à diffuseur prismatique en saillies.
Les tubes sont des T8 et les ballasts sont électromagnétiques.
L’emplacement et la puissance totale des luminaires est indiquée sur le plan ci-dessus.

Utilisation des locaux et gestion de commande

Les bureaux

Occupation : il y a des baies vitrées sur toute la largeur de la façade et les ordinateurs sont placés perpendiculairement aux fenêtres. Les luminaires sont allumés dès l’occupation des bureaux. Les bureaux sont occupés en majorité par les professeurs de langues.
En cours d’étude, il s’est avéré que les bureaux étaient moins occupés que prévu. Un bureau est en général occupé par l’équivalent d’un plein temps (1 plein temps, 2 mi-temps etc.). Un professeur à plein temps donne 16 h de cours par semaine. Un bureau est donc occupé 22 heures par semaine, et ce pendant 32 semaines par an, soit 704 h/an. Ils ne sont en principe pas occupés pendant juillet et août.
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.

Les locaux de cours

Occupation : vu le peu d’éclairage naturel, les luminaires sont allumés systématiquement quand les locaux sont occupés. Après leur occupation, ils sont éteints et fermés à clé. Les locaux ne restent donc, en principe, pas allumés inutilement. Les locaux de cours sont occupés en moyenne de 8 h 30 à 19 h 30, soit 11 h 00 par jour pendant 160 jours/a.
N.B. : Les chiffres ci-dessus représentent une moyenne, les locaux sont pour certains utilisés jusque 21 h 00.
Commande : l’ensemble des luminaires d’un local est commandé par de simples télérupteurs.

Le hall et les petits couloirs

Occupation : il y a très peu d’éclairage naturel. L’éclairage est allumé à partir de 8 h 00 (allumé par les femmes de ménage) et éteint en fin de journée par le gardiennage, à partir de 21 heures. Et ce, 160 jours par an.
Le hall est très fréquemment occupé. Il est fréquenté par les étudiants pendant les interruptions de cours, par ceux qui arrivent en avance, etc… De plus, on y a installé un distributeur de boissons, ce qui augmente encore les allées et venues.On a considéré qu’il est occupé pendant un quart d’heure toutes les heures aux inter-cours et que pendant les heures de cours, il y a un passage toutes les 5 minutes. Et ce de 8 h 00 à 20 h 00.
Les couloirs ne servent qu’au passage (en moyenne : 1 passage toutes les 10 minutes de 8 h 00 à 17 h 30).
Commande : l’ensemble des luminaires est commandé par des télérupteurs répartis dans le hall et les couloirs.

Les sanitaires

Occupation : les luminaires sont allumés en permanence de 8 h 30 à 21 h 00. En fin de journée, l’éclairage est éteint par le gardiennage, et ce pendant les 160 jours d’occupation du bâtiment.
Tout comme le hall, les sanitaires sont très fréquemment occupés (en moyenne 15 minutes toutes les heures pendant les inter-cours, et 1 passage toutes les 10 minutes pendant les cours et ce, de 8 h 30 à 20 h 00).
Commande : les luminaires sont commandés par de simples interrupteurs.

Le diagnostic

La puissance installée

Les bureaux

Les bureaux ont quasi tous les mêmes dimensions : 3 mètres de large sur 5 m 60 de long. Ils sont éclairés par 3 appareils de 2 x 58 Watts.

Puissance spécifique :

= 3 x 2 x 58 x 1,2*/3 x 5,6 = 24,9 W/m²

Cette valeur est à comparer à la valeur de référence de 2,5 W/m²/100 lux, soit 12,5 W/m² (500 lux).

Les classes

Il y a 6 laboratoires de cours de dimensions presque équivalentes : 7 m 90 x 7 m 90 éclairés par 9 luminaires de 2 x 58 Watts.

Puissance spécifique :

= 9 x 2 x 58 x 1,2/7,9 x 7,9 = 20,1 W/m²

à comparer à 12,5 W/m² (pour 500 lux).

Le hall

54 m² de hall sont éclairés par 8 luminaires de 1 x 58 W.

Puissance spécifique :

= (8 x 58) x 1,2/54 = 10,3 W/m²

à comparer à 5 W/m² pour 200 lux.

Les couloirs

Un couloir de 30 m² est éclairé par 5 luminaires de 1 x 36 W.

Puissance spécifique :

= (5 x 36) x 1,2/30 = 7,2 W/m²

à comparer à 3,75 W/m² (150 lux).

En moyenne, la puissance installée pourra donc être réduite de près de la moitié.

Si l’on ajoute à cela, des temps d’occupation relativement élevés, pour la plupart des locaux, on peut supposer que la rénovation sera rentable.

Le confort

Le confort n’est pas un critère déterminant dans ce projet.

Néanmoins, pour pouvoir comparer le confort avant et après rénovation, nous avons relevé, au luxmètre, le niveau d’éclairement moyen des différents locaux types.

dans les bureaux : 475 lux (variant de 400 à 550 lux)
dans les classes : 325 lux (variant de 295 à 350 lux)
dans les petits couloirs : 85 lux (variant de 60 à 110 lux)
dans le couloir central : 200 lux

La gestion de commande actuelle

En observant le mode d’utilisation des locaux et la présence d’éclairage naturel, nous nous sommes posés la question suivante :

« Arrive-t-il que des locaux ou parties de locaux soient éclairés artificiellement alors que ça n’est pas nécessaire ou qu’ils soient éclairés au-dessus du niveau nécessaire ? »

Nous avons relevés les « dysfonctionnements » suivants

Les petits couloirs sont éclairés en même temps que le hall alors que ce dernier est fréquemment occupé mais que le passage dans les petits couloirs se fait au rythme de 1 toutes les 10 minutes environ de 8 h 30 à 17 h 30.
Le hall reste éclairé en permanence alors qu’il est surtout occupé un peu avant, pendant et après les inter-cours.
L’éclairage des sanitaires reste aussi allumé toute la journée alors qu’ils sont également surtout utilisés aux environs des inter-cours.
D’autre part :
Dans les bureaux, tous les luminaires sont allumés dès que les bureaux sont occupés alors qu’il y a des vitres toute la largeur des bureaux. Nous avons dès lors mesuré l’éclairement sous la première rangée de luminaires sans éclairage artificiel. Cette mesure s’est faite au mois de novembre vers 14 h 00. L’éclairement était de 150 lux. Cette valeur très basse s’explique par la présence d’un bâtiment en face des baies qui « prend » beaucoup de lumière naturelle.
D’autre part, les bureaux sont relativement petits et ne nécessitent donc pas de zonage.
Une gestion de commande en fonction de l’éclairage naturel n’est donc pas adéquate.

Le choix de l’installation d’éclairage

Démarche et étude préalable

La démarche classique consiste à demander des propositions d’installation accompagnées d’études photométriques (= études visant à donner les isolux d’une installation, l’éclairement moyen et l’uniformité). Ces études sont demandées aux fabricants, aux fournisseurs ou sont faites par le responsable technique lui-même s’il dispose des disquettes de calcul d’éclairage des fabricants.
Pour toute installation qui répond aux critères de confort, une demande de prix (matériel + placement) est faite à un (des) installateur(s).
La proposition la plus intéressante est retenue.

La démarche a été quelque peu différente ici.

La maintenance de l’UCL dispose de son propre installateur.
Suite à leur expérience de la maintenance de l’UCL et selon leurs critères financiers, il n’est intéressant de rénover une installation que si les anciens luminaires sont remplacés par de nouveaux luminaires positionnés au même endroit. Ainsi l’installation n’exige aucune modification de câblage.
Les responsables de la maintenance disposent d’un prix de placement standard. Ce prix comprend le démontage des anciens appareils et le placement des nouveaux appareils.
Ce prix est très faible et il est illusoire de rechercher un prix plus bas.

Encombrement des nouveaux luminaires par rapport aux précédents

Dans les locaux de cours, le câblage des luminaires se fait par le faux plafond, via les interstices entre les lamelles. Les luminaires sont fixés par des tiges dans les hourdis, tiges qui passent également dans les interstices entre les lamelles. Il n’y a aucun percement dans les lamelles qui sont donc récupérables. Les fixations se trouvent à 18 cm des extrémités. On peut donc y fixer un appareil légèrement plus court (des luminaires de x fois 36 W par exemple).
Dans les bureaux et les couloirs, il n’y a pas de faux plafonds. Les luminaires sont câblés soit en apparent, soit par un percement dans les hourdis. Les fixations se trouvent à une certaine distance des extrémités. On peut donc également y fixer des appareils plus courts (x fois 36 Watts ou équivalents). Au cas où les luminaires auraient une longueur plus petite, il suffirait d’ajouter un morceau de tube et de câble.

Niveaux d’éclairement souhaité

Pour l’éclairage des classes et bureaux, le service de Sécurité & Hygiène demande, en tout point du plan de travail, un éclairage minimum de 300 lux. Au cas où l’éclairage général peut être complété par un éclairage d’appoint (cas des bureaux), l’éclairement minimum exigé est de 200 lux. Ces exigences correspondent à celles du RGPT (« Règlement Général pour la Protection au Travail« ). Nous n’avons pas tenu compte du dernier cas (200 lux minimum), car nous trouvons ces niveaux fort bas.
Dans les bureaux, personne ne travaille contre une paroi. La zone de travail est donc la surface du local dont on retire 50 cm le long des parois.
Dans les locaux de cours, des tables peuvent être placées contre les murs, et la zone de travail est donc égale à la surface du local.
Dans le hall central, nous avons demandé un éclairement moyen de 200 lux minimum. En effet, celui-ci est un lieu d’attente, occupé par des étudiants qui révisent leurs cours. De plus, c’est l’éclairement actuel.

Il restait donc à faire une demande de prix (matériel uniquement) d’une nouvelle installation avec des luminaires placés au même endroit que les anciens appareils. Cette demande de prix a été faite à plusieurs fabricants.

Demande de prix – modèle de courrier aux fabricants

Concerne : rénovation de l’installation d’éclairage de l’Institut des Langues Vivantes (I.L.V) à l’U.C.L. (Louvain-la-Neuve)

Monsieur,
Je suis chargée de la rénovation dont il est question ci-dessus.

Pourriez-vous me remettre une étude photométrique sur base de vos produits ?

Les luminaires seront placés aux mêmes endroits que les luminaires actuels (voir plan à l’échelle en annexe).
Ils seront de type « en saillie ». Ils pourront être légèrement plus courts (luminaires de x fois 36 Watts ou de longueur équivalente)
Dans les bureaux, les luminaires seront à basse luminance (luminance < 200 cd/m² au-delà de 60° par rapport à la verticale ou CIBSE cat. 2).
Dans les locaux de cours et les couloirs, les luminaires seront à ventelles planes avec un angle de défilement maximum de 65°.
Les luminaires seront équipés de ballasts électroniques.

L’éclairement minimum dans la zone de travail des locaux de cours et bureaux est de 300 lux.
Dans les bureaux, la zone de travail est la surface du local de laquelle on retire une bande de 50 cm le long des parois.
Dans les classes, la zone de travail correspond à la surface du local, de laquelle on retire une bande 50 cm à l’arrière du local.
Dans le hall, l’éclairement moyen sera d’au moins 200 lux. Dans les petits couloirs, il peut être limité à 100 lux.
Les calculs d’éclairement se feront sur une grille minimale correspondant à la norme NBN L 14 – 002.
Le plan utile se trouve à 80 cm dans les classes et bureaux et au niveau du sol dans les couloirs. Le facteur de dépréciation doit être pris égal à 0,9.
Les coefficients de réflexion des parois seront de 0,7 (plafond), 0,5 (murs), 0,3 (sol).

L’étude doit être accompagnée des fiches techniques des luminaires ou d’un catalogue.

Pourriez-vous me remettre votre meilleur prix pour le … au plus tard.
Nous disposons de notre propre équipe de placement. Pouvez-vous, dès lors, nous accorder votre remise ‘installateur’ et nous remettre votre meilleur prix net.

Je vous en remercie, et vous prie de croire, Monsieur, en l’assurance de ma meilleure considération.

Annexe : un plan à l’échelle 1/100° avec les luminaires actuels.

Remise des offres et choix des luminaires

Différentes offres nous ont été remises.
Nous avons retenu celles qui répondaient à la demande.

Pour toutes ces offres, nous avons ensuite vérifié différents critères de qualité du matériel dans les catalogues ou sur les fiches techniques

la puissance spécifique est inférieure à 2,5W/m²/100 lux,
le rendement des luminaires est de minimum 65 % pour les luminaires basse luminance et 70 % pour les luminaires à ventelles planes,
le réflecteur est en aluminium satiné,
l’indice de protection est de minimum IP20 dans les classes et les bureaux et de IP44 dans les sanitaires,
la résistance aux chocs est d’au moins 0,5 joule dans les classes et bureaux et de 6 joules dans les couloirs,
dans les classes et bureaux, les luminaires sont de classe I (nous disposons d’un conducteur de terre) et de classe II dans les sanitaires,
les autres appareils électriques du bâtiment sont protégés contre les signaux haute fréquence (label énec),

la maintenance est aisée : par exemple, diffuseur rabattable et décrochable des 2 côtés sans outils,
il n’y avait aucune vérification à faire au niveau de l’inflammabilité, vu que les luminaires seront montés soit sur un faux plafond à lamelles ou sur la dalle en béton.

Parmi toutes les offres répondant aux critères, nous avons sélectionné celle offrant le meilleur prix.

Quelques extraits de l’offre retenue

Bureau-type

Équipement : 3 luminaires basse luminance de 1 x 58 W avec ballast électronique – CIBSE cat. 2

Dimensions du local

Longueur x Largeur	5,6 x 3,0 m
Hauteur	2,75 m
Hauteur du plan de travail	0,8 m
Hauteur de suspension	2,75 m

Luminaire

-/158

Rendement du luminaire 66,9 %

Éclairement souhaité

Moyen 400 lux

Facteurs de réflexion

Plafond/Parois/Sol

70/50/20 %

Implantation

Nombre de luminaires	3
	1 867 m

Lampe

58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique

Flux lumineux d’une lampe	5 000 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00

Résultats

Éclairement moyen 500 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,54

2,79 m	268	305	333	370	351	322	351	370	333	305	268
2,36 m	394	446	491	564	524	474	524	564	491	446	394
1,93 m	498	559	618	726	664	594	664	726	618	559	498
1,50 m	541	605	672	792	723	646	723	792	672	605	541
1,07 m	498	559	618	726	664	594	664	726	618	559	498
0,64 m	394	446	491	564	524	474	524	564	491	446	394
0,21 m	268	305	333	370	351	322	351	370	333	305	268
E(lx)	0,25 m	0,76 m	1,27 m	1,78 m	2,29 m	2,80 m	3,31 m	3,82 m	4,33 m	4,84 m	5,35 m

Vu que l’on impose l’emplacement des luminaires, le choix de l’installation est limité. C’est pourquoi, on obtient un éclairement moyen de 500 lux alors qu’un éclairement moyen de 400 lux aurait probablement suffi.

La « zone de travail », où l’éclairement minimum (c’est-à-dire en tout point) doit être d’au moins 300 lux, est égale à la surface du local de laquelle on retire 50 cm le long des parois. Le tableau ci-dessus nous montre, si l’on interpole pour obtenir une valeur à 50 cm des parois, que cette condition est bien respectée.

Prix nets des luminaires : 74,5 (HTVA), soit 90,2 € (TVAC)

Classe-type

Équipement : 9 luminaires à ventelles blanches de 1 x 58 W avec ballast électronique.

Dimensions du local

Longueur x Largeur	7,9 x 7,9 m
Hauteur	2,95 m
Hauteur du plan de travail	0,8 m
Hauteur de suspension	2,95 m

Luminaire

-/158

Rendement du luminaire 70,5 %

Éclairement souhaité

Moyen 400 lux

Facteurs de réflexion

Plafond/Parois/Sol

70/50/20 %

Implantation

Nombre de luminaires	9
	2,633 m
	2,633 m

Lampe

58 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840
avec ballast électronique

Flux lumineux d’une lampe	5 000 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00

Résultats

Éclairement moyen 428 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,63

7,54 m	274	271	315	410	351	289	351	410	315	271	274
6,82 m	374	369	429	568	480	389	480	568	429	369	374
6,10 m	387	382	448	596	504	407	504	596	448	382	387
5,39 m	358	353	419	557	474	383	474	557	419	353	358
4,67 m	384	379	448	595	506	409	506	595	448	379	384
3,95 m	418	413	486	644	546	442	546	644	486	413	418
3,23 m	384	379	448	595	506	409	506	595	448	379	384
2,51 m	358	353	419	557	474	383	474	557	419	353	358
1,80 m	387	382	448	596	504	407	504	596	448	382	387
1,08 m	374	369	429	568	480	389	480	568	429	399	374
0,36 m	274	271	315	410	351	289	351	410	315	271	274
E(lx)	0,36 m	1,08 m	1,80 m	2,51 m	3,23 m	3,95 m	4,67 m	5,39 m	6,10 m	6,82 m	7,54 m

On a donc bien 300 lux minimum dans toute la « zone de travail ».

Prix nets des luminaires : 56,25 € (HTVA), soit 68 € (TVAC)

Hall central

Équipement : 8 luminaires à ventelles blanches de 1 x 36 W avec ballast électronique

Dimension du local
Longueur x largeur	9,0 x 5,8 m
Hauteur	3,3 m
Hauteur du plan de travail	0,0 m
Hauteur de suspension	3,3 m
Facteurs de réflexion
Plafond/parois/sol	70/50/20 %
Implantation
Nombre de luminaires	8
	2,25 m
	2,2 m
Lampe
36 W diamètre 26 mm lampe fluo couleur 830/840 avec ballast électronique
Flux lumineux d’une lampe	3 200 lm
Facteur de dépréciation	0,90
Facteur de correction	1,00
Luminaire
-/136
Rendement du luminaire	72,8 %
Éclairement souhaité
Moyen	200lux

Résultats

Éclairement moyen 255 lux

Uniformité (Emin/Emoy) 0,51

5,54 m	131	150	171	184	197	199	194	199	197	184	171	150	131
5,01 m	159	185	214	232	249	252	245	252	249	232	214	185	159
4,48 m	185	219	256	278	299	302	293	302	299	278	256	219	185
3,95 m	205	245	289	313	337	341	329	341	337	313	289	245	205
3,43 m	215	257	303	328	355	359	346	359	355	328	303	257	215
2,90 m	218	260	307	333	360	364	352	364	360	333	307	260	218
2,37 m	215	257	303	328	355	359	346	359	355	328	303	257	215
1,85 m	205	245	289	313	337	341	329	341	337	313	289	245	205
1,32 m	185	219	256	278	299	302	293	302	299	278	256	219	185
0,79 m	159	185	214	232	249	252	245	252	249	232	214	185	159
0,26 m	131	150	171	184	197	199	194	199	197	184	171	150	131
E(lx)	0,35 m	1,04 m	1,73 m	2,42 m	3,12 m	3,81 m	4,50 m	5,19 m	5,88 m	6,58 m	7,27 m	7,96 m	8,65 m

On a donc bien un éclairement moyen de plus de 200 lux.

Prix nets des luminaires : 25 € (HTVA), soit 63 € (TVAC).

Couloirs

Comme pour le hall, on peut s’attendre à des temps de retour élevés. Nous n’avons donc retenu aucune étude pour les couloirs.

Sanitaires

Les puissances installées sont minimes. Il n’est donc pas rentable de changer l’éclairage. Nous n’avons donc retenu aucune étude.

Calculs de rentabilité

Les coûts de démontage + montage d’un luminaire, de remplacement des lampes, du KWh ont été donnés par la maintenance de l’U.C.L. (TVAC).

Le prix pour allonger un câble lorsqu’on remplace un luminaire d’une certaine puissance par un luminaire plus court d’une puissance inférieure a été donné par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.

Bureaux

Performances énergétiques
Un bureau de : 3 x 5,6 =			16,8 m²
Un éclairement de minimum (en tous point) :			300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			704 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
–	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Équipement	3 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.	3 luminaires haut rendement basse luminance avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.	–
Puissance installée (ballasts compris)	3 x 2 x 58 x 1,2 W = 418 W	3 x 1 x 56 x 1,2 W = 168 W	–
Puissance spécifique	418 W/16,8 m² = 25 W/m² ou 5,26 W/m^2/100 lux	168 W/16,8 m² = 10 W/m² ou 1,7 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	475 lux	500 lux	–
Coût énergétique	418 W x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 29,4 €/an	168 x 704/1 000 x 0,1 €/kWh = 11,8 €/an	17,6 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h
Coût d’achat des lampes	3 x 2 x 2,25 € x 704 h/8 000 h = 1,2 €/an	3 x 1 x 3,7 € x 704 h/16 000 h = 0,5 €/an	0,7 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	3 x 2 x 6,05 € x 704 h/8 000 h = 3,2 €/an	3 x 2 x 6,05 € x 1 800 h/16 000 h = 0,8 €/an	2,4 €
Économie annuelle
Économie totale			20,7 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires	–	3 x 11,25 € = 33,75 €	–
Achat des luminaires	–	3 x 90,2 € = 270,5 €	–
Achat des lampes	–	3 x 3,68 € = 11,025 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 0,418 kW = – 31,35 €	–
Investissement total			283,925 €
Rentabilité
Temps de retour			13 ans

Classes

Rentabilité
Un local de cours de : 7,9 x 7,9 =			62,4 m²
Un éclairement de minimum (en tous points) :			300 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			11 h/jour 220 jours/an soit 1 760 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire :			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Équipement	9 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 2 lampes de 58 W type 640 et ballast inductif.	9 luminaires haut rendement à ventelle blanches avec 1 lampe de 58 W type 840 et ballast électronique.	–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)	9 x 2 x 58 x 1,2 W = 1 253 W	9 x 1 x 56 W = 504 W	–
Puissance spécifique	1 253 W/62,4 m² = 20,1 W/m² ou 7,1 W/m²/100 lux	504 W/62,4 m² = 8,1 W/m² ou 1,8 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	285 lux	428 lux	–
Coût énergétique	1 253 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 227,7 €/an	504 W x 1 760 h/1 000 x 0,1 €/kWh = 91,6 €/an	136,125 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h	–
Coût d’achat des lampes	9 x 2 x 2,25 x 1 760 h/8 000 h = 8,9 €/an	9 x 1 x 4,55 € x 1 760 h/16 000 h = 4,5 €/an	4,4 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/8 000 h = 23,95 €/an	9 x 2 x 6,05 € x 1 760 h/16 000 h = 6 €/an	17,95 €
Économie annuelle
Économie totale			158,5 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires	–	9 x 11,25 € = 101,25 €	–
Achat des luminaires	–	9 x 68 € = 612,7 €	–
Achat des lampes	–	9 x 1 x 4,55 € = 40,95 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 1,253 = -93,975 €	–
Investissement total			660,925 €
Temps de retour			4,2 ans

Hall central

–	Ancienne installation	Nouvelle installation	Économie annuelle
Un hall de : 9,2 x 5,8 =			53,6 m²
Un éclairement recommandé de :			200 lux
Une durée d’exploitation annuelle de :			13 h/jour 160 jours/an soit 2 080 h/an
Prix du kWh :			0,1 €
Allongement du câble d’alimentation du luminaire :			29,3 €
Prix du démontage + montage d’un luminaire			11,25 €
Prix de remplacement d’une lampe :			6,05 €
Équipement	8 luminaires équipés d’un diffuseur prismatique avec 1 lampe de 58 W type 640 et ballast inductif.	8 luminaires haut rendement à ventelles blanches avec 1 lampe de 36 W type 840 et ballast électronique.	–
Performances énergétiques
Puissance installée (ballasts compris)	8 x 1 x 58 x 1,2 W = 557 W	8 x 1 x 36 W = 288 W	–
Puissance spécifique	557 W/53,6 m² = 10,4 W/m²	288 W/53,6 m² = 5,37 W/m² ou 2,1 W/m²/100 lux	–
Niveau d’éclairement estimé	200 lux	255 lux	–
Coût énergétique	557 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 119,6 €/an	288 W x 2 080/1 000 x 0,1 €/kWh = 61,85 €/an	57,75 €
Coûts annuels de maintenance
Durée de vie des lampes	8 000 h	16 000 h	–
Coût d’achat des lampes	8 x 1 x 2,25 € x 2 080 h/8 000 h = 4,7 €/an	8 x 1 x 3,7 € x 2 080 h/16 000 h = 3,8 €/an	0,9 €
Coût de la main-d’œuvre de remplacement des lampes	8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/8 000 h = 12,57 €/an	8 x 1 x 6,05 € x 2 080 h/16 000 h = 6,28 €/an	6,29 €
Économie annuelle
Économie totale			64,94 €
Investissement
Démontage + montage des luminaires + prolongation câble d’alimentation	–	8 x (11,25 + 29,3) € = 324,6 €	–
Achat des luminaires	–	8 x 62,9 € = 503,2	–
Achat des lampes	–	8 x 1 x 3,675 € = 29,4 €	–
Prime	–	– 75 €/kW x 0,557 kW = – 41,775	–
Investissement total			815,425 €
Rentabilité
Temps de retour			12,6 ans

Un temps de retour élevé dans le hall était prévisible. En effet, les puissances initiales sont faibles par rapport à d’autres locaux vu que les niveaux d’éclairement sont relativement faibles. De plus, on installe plusieurs appareils de petite puissance afin d’obtenir un niveau une bonne répartition de l’éclairement.

Les gains possibles en énergie sont donc faibles pour des coûts d’investissement élevés. Le temps de retour est dès lors élevé.

Dans les calculs précédents, l’étude de l’occupation des locaux est déterminante.
Elle interviendra aussi dans les calculs de rentabilité de la gestion de commande.

Cette étude n’est pas facile à réaliser lorsque la personne qui étudie la rénovation n’occupe pas elle-même les locaux. Un soutien local est alors nécessaire (ici, le secrétariat de l’I.L.V.).

Le choix de la gestion de commande

Démarche

Pour chacun des « disfonctionnements » de la gestion de commande actuelle, on cherchera une solution dans les différents éléments possibles d’une gestion de commande.

Ces éléments sont les suivants :

horloge générale,
zonage et commande séparée des différentes zones,
éclairage à 2 composantes (éclairage ponctuel) permettant un niveau d’éclairement général plus faible,
commande séparée des différentes rangées parallèles aux fenêtres,
minuteries,
détecteurs de présence,
dimming en fonction de la lumière du jour.

Ensuite, un calcul de rentabilité permet de sélectionner des éléments qui seront retenus.

Malheureusement, à l’heure actuelle, il n’existe pas de logiciels pour évaluer les économies réalisables par la gestion en fonction de l’éclairage naturel.

Solution pour chacun des disfonctionnments

Il n’est pas nécessaire que les petits couloirs soient allumés chaque fois qu’il y a quelqu’un dans le hall central.

> zonage : commandes séparées pour les petits couloirs et pour le hall (A),
> + minuterie pour chaque petit couloir (C).

Le hall est constamment éclairé alors qu’il est surtout occupé lors des inter-cours
> détecteur de présence pour le hall (B) (minuterie pas adaptée car les gens restent dans le hall et il est gênant de devoir actionner le bouton – poussoir toutes les 10 minutes).
Les sanitaires sont occupés surtout aux alentours des inter-cours, mais restent allumés jusqu’au passage de la maintenance à 21 h 00.
> détecteurs de présence (D).

Calculs de rentabilité

Les différents coûts ont été donnés par l’électricien qui travaille pour la maintenance de l’U.C.L.

A. Séparation de la commande du hall et des petits couloirs

Le coût pour réaliser cette séparation de commande est de 471 € (TVAC).

Ce coût est intégré dans le calcul de rentabilité du placement de minuteries dans les petits couloirs.

B. Placement de détecteurs dans le hall central

Trois détecteurs seront placés. Leur portée frontale est de 12 m et leur portée latérale est de 2 x 6 m.
Ils couvriront donc bien l’ensemble du hall central.

Le coût des détecteurs (matériel + placement) s’élève à 200 € (TVAC)/détecteur.

Nous avons réalisé un calcul de rentabilité pour estimer le temps de retour de cet élément de rénovation.
Le calcul ne nous permet de ne rentrer qu’un seul type de lampe, nous avons donc remplacé les 9 tubes de 58 W et 3 tubes de 36 W par 11 tubes de 58 W.

On obtient un temps de retour de 107 ans.

Remarque : comme on a entré des prix TVAC mais que le programme de calcul utilise des prix du kWh HTVA, on a du adapter le calcul manuellement et on a obtenu un temps de retour de 52 ans. Ce qui est est également un temps de retour trop élevé.

Le calcul nous montre que la durée de vie des lampes va diminuer fortement : de 12 000 h à 4 000 h, ce qui augmente fortement les frais de remplacement des lampes.

Cet élément de gestion n’est donc pas intéressant.

C. Placement de minuteries dans les petits couloirs

Vu que la commande se fait par bouton-poussoir, il suffit de remplacer le télérupteur dans le tableau de distribution par une minuterie.
Une minuterie coûte 150,65 € (TVAC). Il faut ajouter à ce prix, le prix de séparation de la commande du hall et des petits couloirs : 470,7 €, soit un coût total de 621,45 €.
On a réalisé le même calcul que ci-dessus.
On a obtenu un temps de retour de 12,7 ans, en tenant compte d’un prix du kWh de 0,065 € (HTVA), soit 0,0775 € (TVAC).

D. Placement de détecteurs dans les sanitaires

Au total, 4 détecteurs devront être placés, un par espace fermé.

Leur prix est de 104,925 € (TVAC)/détecteur. Il s’agit de détecteurs qui se mettent à la place des interrupteurs.

On a réalisé le même calcul que ci-dessus pour le couloir du sanitaire.
On a obtenu un bilan nul. Ceci est dû à la diminution de durée de vie des lampes.

Vu ce résultat, les temps de retour des autres détecteurs n’ont pas été calculés.

Calculs

Pour reproduire vous-même les calculs.

(Dans ce programme, il vous sera demandé d’insérer le prix que vous payez par kWh électrique consommé. Si vous ne le connaissez pas, vous pouvez l’estimer grâce aux informations reprises dans la théorie « coût moyen du kWh électrique économisé« ).

Aucun élément de gestion de commande ne rencontre donc nos critères.

Les conclusions

Les calculs de rentabilité montrent qu’un temps de retour de 4 ans est difficile à atteindre. Ils nous révèlent par la même occasion, que nous avons eu raison d’opter pour une nouvelle installation de luminaires placés aux mêmes endroits que les luminaires existants. À défaut, les temps de retour auraient été plus élevés encore.

Un temps de retour de près de 4 ans est réalisé pour les classes uniquement, car :

la puissance initiale est élevée,
les temps d’occupation sont élevés,
ce sont des locaux avec des appareils de puissance unitaire élevée.

Suite aux résultats ci-dessus, seuls les locaux de cours seront rénovés.

L’économie annuelle pour l’ensemble des classes du 3° étage sera de 6 x 217,9 = 1307,55, environ.

Si, en rénovation, les temps de retour sont généralement longs, dans le cas d’une nouvelle installation le surinvestissement pour des appareils de qualité (haut rendement, avec ballasts électroniques, etc.) et pour une bonne gestion de commande sera vite récupéré. En effet, les frais de placement sont alors beaucoup moins importants.

La suite de l’histoire

Les travaux ont été réalisés progressivement, mais une université évolue et au cours du temps diverses adaptations des locaux se sont révélées nécessaires.

L’organisation de ceux-ci a fortement changé et des travaux lourds ont été réalisés dans le bâtiment.

Dans le cadre de ces travaux, l’éclairage a été réétudié et fortement modifié. Il répond aux exigences actuelles en matière de confort et de consommation électrique.

Les nouvelles classes.

Un éclairage adapté.

Des détecteurs d’absence.

Il apparaît clairement qu’au cours des années écoulées la consommation d’électricité de ce bâtiment n’arrête pas de diminuer. En partie grâce à la modernisation de l’éclairage, mais aussi des installations informatiques des laboratoires de langue. De plus, comme partout ailleurs dans les bâtiments de l’université, des campagnes de sensibilisation ont amené un comportement beaucoup plus responsable des utilisateurs des installations électriques.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer le débit d’eau

Différentes technologies de compteur

Fonction de la pression et de la température

On distingue :

Des compteurs d’eau froide ou eau glacée : définis pour une plage de température de 0 – 30°C, pour une pression nominale de 10 bars.
Des compteurs d’eau chaude de chauffage ou d’eau chaude sanitaire : définis pour une plage de température de 0 – 90°C, pour une pression nominale de 16 bars.
Des compteurs d’eau chaude surchauffée ou surpressée : plage maximale de température de 0 – 200°C, pour des pressions nominales de 30 bars.

Fonction de la technique de mesurage

On distingue :

> Des compteurs volumétriques à piston	> Des compteurs de vitesse à turbine
(doc. Schlumberger).	(doc. Wateau).
> Des compteurs de vitesse de type Woltmann
(doc. Sappel).
> À hélice axiale	> À hélice suspendue

Fonction du calibre

Le calibre correspond à la plage de débit admis pour un diamètre intérieur de tubulures de raccordement donné.

Un compteur d’eau ne doit pas être choisi selon le diamètre de la conduite sur lequel il sera installé mais selon la plage des débits à mesurer. Il faut donc connaître :

le débit de pointe,
le débit permanent le plus probable,
le débit le plus faible.

On doit alors faire coïncider ces valeurs avec les différents débits du compteur tels que définis par le constructeur :

Débit minimal (Q1) : le débit le plus faible auquel le compteur d’eau fournit des indications qui satisfont aux exigences relatives aux erreurs maximales tolérées.
Débit de transition (Q2) : le débit de transition est la valeur de débit située entre les débits permanent et minimal et à laquelle l’étendue de débit est divisée en deux zones, la «zone supérieure» et la «zone inférieure».
Débit permanent (Q3) : le débit le plus élevé auquel le compteur d’eau fonctionne de façon satisfaisante dans des conditions normales d’utilisation, c’est-à-dire dans des conditions de débit constant ou intermittent.
Débit de surcharge (Q4) : le débit de surcharge est le débit le plus élevé auquel le compteur fonctionne de façon satisfaisante pendant une courte période de temps sans se détériorer.

Fonction de la qualité de l’appareil

En première approximation, on peut considérer qu’avec les compteurs du commerce réglementé par l’UE, l’erreur sur la mesure est de maximum +/- 5 % dans la «zone inférieure», c’est-à-dire entre Q1 et Q2, et de maximum +/- 2 % après Q2.

Le conseil européen a définit des valeurs délimitant l’étendue du débit d’eau :

Q3/Q1 ≥ 10
Q2/Q1 = 1,6
Q4/Q3 = 1,25

Dès lors, les compteurs seront de qualité si leur débit minimal (Q1) est très faible par rapport au débit permanent (Q3).

Le télé-relevé

Le télé-relevé utilise des compteurs à impulsion (une impulsion est générée pour X m³ consommés) ou à encodeur (lecture directe de l’index du compteur).

(doc. Sappel).

Il permet de connaître les consommations en temps réel et donc de détecter plus rapidement les fuites. Tout comme les compteurs individuels, il permet également une facturation au prorata des consommations mesurées de chaque entité du bâtiment.

Ce type de compteur est donc préconisé dans les gaines difficilement accessibles ou pour les opérations où un suivi assez fin est recherché (par exemple, suivi des consommations au niveau d’une cuisine ou d’une buanderie).

Cependant, ce type de compteur demande un investissement assez important non seulement au niveau des compteurs mais aussi lors du câblage de l’installation.

Si l’adjonction de cette fonction sur un compteur existant peut parfois être réalisée sur site, sans démontage, elle nécessite souvent un retour en usine.

L’emplacement

L’installation

Les compteurs se placent généralement sur une conduite horizontale. Toutefois, certains modèles peuvent également être positionnés verticalement, comme les compteurs volumétriques ou les compteurs Woltmann à hélice axiale.
Les compteurs ne doivent pas être placés au dessous d’équipements susceptibles de fuir (brides, vannes,…).
Ils doivent être protégés du gel.
Ils ne doivent pas être installés en point haut, à cause des phénomènes de dégazage.
L’emplacement doit permettre un entretien facile et un démontage aisé.
Chaque fois que cela est possible, on cherchera à installer les compteurs d’eau à l’extérieur de l’entité concernée (dans un local technique, dans un couloir, …) pour faciliter les interventions et les relevés.
Le sens de l’écoulement doit être respecté.
Une longueur droite minimum avant et après le compteur (voir fabricant) doit être respectée pour les compteurs à turbine ou à hélice. À défaut, les valeurs indiquées seront erronées.
Une alternative consiste à placer des stabilisateurs d’écoulement à nid d’abeilles ou à grille.

(doc. Schlumberger).

Avant le placement du compteur, il est utile de rincer abondamment l’installation pour en éliminer les particules solides qui pourraient abîmer l’appareil (utiliser un tube de remplacement à cet usage).
Lors de la mise en service, il faut éviter un remplissage brusque (lente ouverture de la vanne amont, puis lente ouverture de la vanne aval).

Les accessoires de pose

Un filtre en amont du compteur

Il est même obligatoire pour les compteurs à turbine ou à hélice de type Woltmann qui risquent une détérioration si cette précaution n’est pas prise. On peut placer un filtre droit ou un filtre incliné(dans ce dernier cas, il s’installe à contre-courant du sens de circulation de l’eau).

Des vannes d’isolement

Elles permettent une dépose pour réparation. Le tube de remplacement est dimensionné pour joindre ces 2 vannes. Le compteur peut aussi être installé en bypass.

Des cônes de réduction

ils sont utiles lorsque le diamètre de la canalisation est différent du diamètre du compteur.

Un robinet de vidange

Il se place près du compteur, entre les deux vannes d’isolement (sauf si l’on juge que la quantité d’eau correspondante est faible et qu’elle peut être recueillie sans dégâts).

On adjoindra également un clapet anti-retour en aval du compteur.

La maintenance

Il est utile de vérifier régulièrement l’état d’encrassement du filtre placé en amont du compteur.

Les compteurs d’eau ne requièrent aucun entretien particulier. Ils doivent toutefois faire l’objet d’une vérification annuelle.

Pour les compteurs à hélice de type Woltmann, un nettoyage des longueurs droites afin d’éliminer le dépôt de calcaire doit être prévu le cas échéant : les plaques de calcaire qui se détacheraient entraîneraient une détérioration de l’appareil. Un démontage et un étalonnage sont à prévoir tous les 5 ans, environ.

Les compteurs volumétriques sont faciles à démonter pour réparation ou nettoyage.

Après toute intervention sur les compteurs (démontage, nettoyage, réparation), il est impératif de procéder à un étalonnage.

Mesure du débit d’un circulateur

Si on dispose des courbes caractéristiques du circulateur installé, il est possible de déterminer son débit en fonctionnement en mesurant la différence de pression entre son aspiration et son refoulement. Celle-ci équivaut à la hauteur manométrique du circulateur.

Kit de mesure de pression d’aspiration et de refoulement d’un circulateur
(disponible chez les fabricants de circulateurs).

En reportant cette dernière sur la courbe caractéristique correspondant à la vitesse de rotation du circulateur, on peut lire le débit véhiculé.

Courbe caractéristique du circulateur testé :
pour une différence de pression de 7,4 mCE, le débit véhiculé est de 9,6 m³/h.

Source : « Capteurs et compteurs dans les bâtiments » – Costic – Pyc Édition.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité et de combustible dans la santé

Consommation d'électricité et de combustible dans la santé

Avertissement

Les données reprises afin de réaliser cet article datent de 2012. Nous n’avons pas pu récupérer les données actualisées pour le secteur de la santé, mais vous pouvez découvrir les données mises à jour en 2019 portant sur les consommations spécifiques au secteur tertiaire (électricité et combustible) sur cette page :

Bilan domestique et assimilés 2019

Le rapport PDF en fin d’article présente à partir de la page 76 pas mal d’informations intéressantes sur les consommations du secteur tertiaire, notamment sur les consommations par usages (éclairage, froid, …) de différents profils (commerces, enseignements, …).

Hôpitaux

Tous types confondus

Par lit

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hôpitaux tous types confondus en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

61 établissements de 27 à 650 lits (total de 13 400 lits)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	8.88	10.07
Consommation spécifique moyenne	13.70 MWh/lit	19.26 MWh/lit

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique [kWh/lit]	Consommation spécifique combustible [kWh/lit]	Nombre	Nombre de lits	Degrés-jours 15/15
2000	9.40	19.56	63	14 262	1 719
2001	9.74	19.52	63	14 925	1 934
2002	10.29	19.96	61	13 028	1 688
2003	10.51	17.72	55	11 184	1 921
2004	9.68	18.24	60	12 964	1 894
2005	10.01	16.71	62	12 946	1 829
2006	10.01	16.71	58	11 149	1 795
2007	11.87	17.16	61	16 029	1 578
2008	11.28	18.87	59	14 858	1 829
2009	12.74	18.15	62	16 071	1 818
2010	10.46	19.80	48	10 957	2 309
2011	11.12	15.80	49	11 383	1 515
2012	13.70	19.26	60	13 400	1 915

Par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hôpitaux tous types confondus en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

59 établissements de 1 323 à 74 153 m² (surface totale de 1 235 232 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	59	77
Consommation spécifique moyenne	122 kWh/m²	194 kWh/m²

Par emploi

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hôpitaux tous types confondus en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

58 établissements de 30 à 1 772 emplois (total de 28 210 emplois)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	2.49	4.84
Consommation spécifique moyenne	5.14 MWh/emploi	8.50 MWh/emploi

Hôpitaux généraux

Par lit

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hôpitaux généraux en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

45 établissements de 27 à 486 lits (total 9 419 lits)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	6.95	7.23
Consommation spécifique moyenne	14.75 MWh/lit	18.10 MWh/lit

Hôpitaux psychiatriques

Par lit

Consommations d’électricité HT et de combustibles des hôpitaux psychiatriques en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

13 établissements de 30 à 650 lits (total de 3 077 lits)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	1.63	5.72
Consommation spécifique moyenne	4.17 MWh/lit	16.22 MWh/lit

Ces données sont issues de l’enquête Bilan énergétique de la Wallonie 2012 Consommation du secteur domestique réalisé par l‘ICEDD asbl pour le compte du Service Public de Wallonie. Le bilan complet est disponible sur le Portail de l’énergie en Wallonie.

Homes et maisons de repos

Par lit

Consommations d’électricité HT et de combustibles des maisons de repos en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

111 établissements de 26 à 325 lits (total de 11 780 lits)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	1.17	3.35
Consommation spécifique moyenne	3.25 MWh/lit	9.25 MWh/lit

Évolution de l’échantillon

Année	Consommation spécifique électrique [kWh/lit]	Consommation spécifique combustible [kWh/lit]	Nombre	Nombre de lits	Degrés-jours 15/15
2000	2.65	9.96	93	8 964	1 719
2001	2.83	10.64	102	8 816	1 934
2002	3.00	10.57	107	9 276	1 688
2003	2.98	10.08	110	9 530	1 921
2004	2.79	10.09	117	10 685	1 894
2005	2.82	9.67	107	9 054	1 829
2006	2.80	9.10	107	9 118	1 795
2007	2.84	8.89	126	11 902	1 578
2008	2.97	9.80	118	10 887	1 829
2009	3.17	9.44	124	12 114	1 818
2010	3.14	10.05	92	9 106	2 309
2011	3.17	8.74	111	11 179	1 515
2012	3.25	9.25	111	11 780	1 915

Par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles des maisons de repos en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

108 établissements de 77 à 17 963 m² (surface totale de 533 207 m²)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	178	866
Consommation spécifique moyenne	72 kWh/m²	199 kWh/m²

Par emploi

Consommations d’électricité HT et de combustibles des maisons de repos en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

112 établissements de 8 à 219 emplois (total de 8 430 emplois)
Vecteur énergétique	Électricité	Combustibles
Écart-type	1.90	6.40
Consommation spécifique moyenne	4.58 MWh/emploi	12.53 MWh/emploi

Comparaison

Consommations spécifiques des différents types d’hôpitaux en 2012 (en MWh/lit)

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Composants d’un luminaire

Un luminaire sert à répartir, filtrer ou transformer la lumière des lampes. Il peut être composé de :

L’armature :
permet l’assemblage des différents composants du luminaire (réflecteurs, ventelles, platine, diffuseur,…) et la fixation du luminaire au plafond ou au mur.

Le réflecteur :
réfléchi la lumière émise par la lampe et la dirige selon des directions préférentielles.

Les ventelles :
protègent l’œil des éblouissements en empêchant la vue directe de la lampe.

Le diffuseur ou protecteur :
remplace parfois les ventelles et protège la lampe de l’ambiance. On parle aussi de « vasque ».

La platine :
permet la fixation des auxiliaires électriques (ballasts, starters,…).

L’ensemble des dispositifs chargés de contrôler la lumière émise (réflecteurs, ventelles) est aussi appelé « optique« .

Luminaire intérieur pour tubes fluorescents

Luminaire intérieur pour lampes à décharge

Luminaire « en cloche »

Exemples de luminaire intérieur pour LED

Luminaire de type « dowmlight »

L’alimentation (ou « driver ») de ce module « downlight » LED n’est pas intégrée. On l’appelle l’alimentation déportée.

À ce niveau, on mesure toute l’ambiguïté de la différentiation du module LED et du luminaire LED. Le module ci-contre qui équipe le luminaire est aussi composé d’une multitude de LED.

Luminaire plafonnier composé d’une multitude de LED montées sur un support plat. A l’heure actuelle, ce type de luminaire est une alternative au luminaire à tube fluorescent. Il est cependant trop tôt pour mesurer l’impact de ce type de luminaire sur le marché.

Luminaire intérieur pour lampe fluocompacte

Dans ce type de luminaire, le ballast électronique n’est pas intégré. On dit qu’il est déporté ou externe.

Luminaire extérieur

Le luminaire est soit fixé à un mur via une console, soit posé sur le sol via un mât ou un poteau.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Phénomènes électromagnétiques et harmoniques des variateurs de vitesse

Phénomènes électromagnétiques

On appelle bruit électromagnétique, tous les phénomènes électriques qui influencent un appareil ou l’homme. À l’inverse un appareil peut être source de bruit électromagnétique vis à vis d’autres appareils (et l’homme dans tout cela ? C’est un autre débat).

Les bruits électromagnétiques naturels les plus connus sont, par exemple, la foudre, le champ magnétique terrestre, …; on ne peut pas les éviter, mais du moins les atténuer. Il en va de même pour les perturbations électromagnétiques artificielles provoquées la présence d’appareils électriques et se propageant dans l’air et dans les câbles électriques comme, par exemple, l’allumage des bougies de moteur de voiture qui perturbe votre émission de radio favorite. Des effets plus sérieux peuvent engendrer des dommages importants (microcoupures des ordinateurs entraînant des « plantages » du disque dur par exemple).

Bruit électromagnétique.

Le Marquage CE

En Belgique un Arrêté Royal a été publié au Moniteur le 24/06/94 (dernière publication le 12/12/01) pour la transposition de la Directive Européenne 89/336/CEE concernant la compatibilité électromagnétique des appareils électriques mis sur le marché en Europe. On utilise le terme international CEM (Compatibilité Electro Magnétique) pour les perturbations radioélectriques et pour signaler l’aptitude d’un appareil à combattre les bruits électromagnétiques ou à limiter son émission vers l’environnement.

Le marquage CE donne les garanties nécessaires à la conformité avec la directive CEM.

Voie de propagation

Un variateur de vitesse émet un bruit électromagnétique sous forme d’interférences :

basses fréquences dans les câbles du réseau électriques,
hautes fréquences dans l’air (10 kHz à 1 GHz).

Couplage

Le couplage, qu’il soit galvanique, capacitif ou inductif, représente le passage d’une perturbation d’un appareil émetteur vers un appareil récepteur. Il varie selon la conception ou la configuration des circuits électriques en présence.

Perturbation

Les variateurs de vitesse, de part la présence de composants électroniques commutant à hautes fréquences variables en leur sein, créent des distorsions des courants et des tensions à leur bornes d’entrée. Ces distorsions se propagent sur le réseau et induisent dans les autres appareils branchés sur le même réseau des distorsions du signal sinusoïdal et des consommations accrue de courant; on parle d’harmoniques.

Les harmoniques générées par les variateurs vitesse sont essentiellement de rang 5, 7, 11, 13, 17 et 19 (250, 350, 550 Hz, …).

Pour limiter les harmoniques et, par conséquent respecter la norme EN 61 000 (concernant le poids admissible des harmoniques de différents rangs par rapport à la fondamentale de fréquence f = 50 Hz), les variateurs de vitesse sont équipés de filtres au niveau du circuit intermédiaire.

Le graphique suivant montre que le placement de filtres dans le circuit intermédiaire du variateur de fréquence réduit d’un facteur 2 les harmoniques dans le circuit d’entrée.

Bruit électromagnétique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer les mesures les plus rentables

Rentabilité	Projet
I – ENVELOPPE
+ + + +	Étanchéité : remplacer les vitrages cassés.
+ + +	Étanchéité : placer des joints aux vieux châssis, … soit en conservant quelques joints ouverts, soit en organisant en parallèle une ventilation.
+ + +	Étanchéité : placer des rappels de porte, installer un sas, sensibiliser les occupants.
+ + +	Isolation des combles.
+ + +	Isolation de la toiture, surtout si étanchéité en mauvais état.
+ + +	Isolation du mur au dos des radiateurs : coller un isolant avec couverture réfléchissante sur l’allège.
+ +	Isolation des murs par l’intérieur, si pas de ponts thermiques.
+	Isolation des murs par l’extérieur derrière bardage ou crépis.
+	Remplacement des vitrages et des châssis.
+	Si bâtiment climatisé / Bâtiment non climatisé mais avec surchauffe en été : installer des protections solaires extérieures, coller un film réfléchissant.

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II – CHAUFFAGE
+ + + +	Couper le chauffage la nuit et le week-end, les vacances, … (si nécessaire, placement d’une horloge, d’un optimiseur, …).
+ + + +	Adapter les horaires de la régulation aux horaires d’occupation réels du bâtiment.
+ + + +	Corriger le réglage des courbes de chauffe.
+ + + +	Isoler les conduites dans les locaux non chauffés.
+ + + +	Diminuer la vitesse des circulateurs si faible écart T°départ – T°retour.
+ + +	Remplacer le brûleur ou remplacer la chaudière et le brûleur.
+ + +	Modifier la régulation de l’enclenchement des étages du brûleur.
+ + +	Fermer l’aspiration d’air du brûleur à l’arrêt.
+ + +	Diminuer la puissance du brûleur si surdimensionnement.
+ +	Renforcer l’isolation de la jaquette.
+ +	Arrêter les circulateurs lorsqu’il n’y a pas de besoin de chauffage.
+ +	Placer des vannes thermostatiques dans les locaux où il y a surchauffe.
+	Équilibrer l’installation.
+	Modifier le découpage du réseau aux besoins des locaux et placer une régulation par zone.

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III – VENTILATION HYGIENIQUE
+ + + +	Limiter les débits d’air neuf aux débits hygiéniques recommandés en adaptant la puissance du ventilateur de l’installation.
+ + + +	En hiver, arrêter la pulsion d’air en dehors des heures d’occupation.
+ + + +	Limiter le débit d’extraction sanitaire la nuit et le week-end.
+ + + +	Arrêter l’humidification sur certains groupes de préparation d’air (cafétéria, archives, …).
+ + + +	Couper l’humidification lorsque la température extérieure dépasse 8°C.
+ + +	Réguler l’humidificateur en fonction de l’humidité ambiante en limitant celle-ci à 40 %.
+ +	Équiper les locaux à occupation variable de bouches réglables et de détection de présence ou de sondes CO_2.
+ +	Adapter le débit de déconcentration des humidificateurs à vapeur aux besoins.
+ +	Étanchéifier les conduits d’air (au minimum par bandes adhésives, au mieux par le remplacement des conduits).
+ +	En été, si le bâtiment a une certaine inertie thermique, ventiler le bâtiment avant l’occupation pour le « pré-refroidir ».
+ +	Améliorer le rendement de la transmission des ventilateurs (tension des courroies, alignement, …).
+	Récupérer la chaleur sur l’air extrait.
+	Isoler les conduits de pulsion.

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IV – EAU CHAUDE SANITAIRE
+ + + +	Supprimer la présence d’eau chaude aux lavabos des immeubles de bureaux.
+ + + +	Isoler la boucle de circulation, particulièrement dans les gaines techniques.
+ + +	Installer une production décentralisée d’eau chaude et couper la boucle de circulation.
+ + +	(Mieux) isoler les parois du ballon (au moins 5 cm). Suite aux mesures anti-légionelles, une isolation de 10 cm se justifie tout à fait.
+ + +	Équiper les robinets des lavabos et des douches d’une temporisation (boutons-poussoirs,…).
+ + +	Installer des réducteurs de débit sur la robinetterie d’eau chaude (réducteur de pression aux robinets ou pour l’ensemble du réseau, pomme de douche à faible débit, …).
+ + +	Organiser le chauffage électrique du ballon la nuit. Prévoir un délestage du chauffage du ballon en période de pointe. (rentabilité financière).
+ + +	Si la pompe de circulation possède différentes vitesses commutables, réduire la vitesse.
+ +	Sensibiliser les occupants à limiter leur utilisation d’eau chaude et à utiliser plutôt l’eau froide que l’eau chaude.
+ +	Arrêter le chauffage de l’eau en dehors des périodes d’utilisation du bâtiment, tout en respectant les critères anti-légionnelles (montées périodiques à haute température).
+	Installer des capteurs solaires de préchauffage.
+	Installer une récupération de chaleur au condenseur de la machine frigorifique.

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V – ÉCLAIRAGE
+ + +	Remplacer les tubes fluo 38 mm par des tubes 26 mm ECO.
+ + +	Remplacer les lampes à incandescence par des lampes fluorescentes compactes ou des lampes LED.
+ + +	Réguler l’éclairage extérieur en fonction d’une programmation horaire, de cellules photoélectriques, de détecteurs de présence ou en synchronisme avec l’éclairage public.
+ +	Installer des minuteries dans les locaux occupés de façon intermittente : sanitaires, couloirs, parking,…
+ +	Installer des détecteurs de présence dans les locaux occupés de façon irrégulière (salles de réunion,…).
+ +	Installer une gestion horaire centralisée des bureaux paysagers.
+ +	Organiser une campagne de sensibilisation des occupants.
+	Décomposer le réseau par zones homogènes d’éclairement : dans un local, avoir une gestion indépendante des luminaires proches de la fenêtre.
+	Repeindre ou remplacer le revêtement des murs et plafonds pour qu’ils soient de couleur claire.
+	Remplacer les ballasts électromagnétiques des luminaires fluorescents par des ballasts électroniques.
+	Remplacer les optiques existantes par des optiques performantes.

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VI – BUREAUTIQUE
+ + + +	Éteindre les ordinateurs la nuit.
+ + + +	Configurer les ordinateurs en mode veille s’ils le permettent.
+ + +	Prendre en compte le critère énergétique pour choisir les équipements de bureautique (ordinateurs, imprimantes, photocopieuses, etc.) lors de leur remplacement.

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VII – CLIMATISATION
+ + + +	Si l’apport d’air neuf est intégré dans le système de climatisation, adapter le débit d’air neuf aux besoins (30 m³/h.pers).
+ + + +	Vérifier la fermeture des clapets d’air en période d’inoccupation.
+ + + +	Vérifier l’arrêt de l’air neuf en période de relance.
+ + + +	Abaisser la température de pulsion de l’air neuf hygiénique en mi-saison lorsque les locaux sont refroidis.
+ + + +	Adapter la régulation des registres de mélange pour qu’ils s’ouvrent à 100% côté air neuf lorsque la température extérieure est inférieure à la consigne ambiante et que certaines zones sont en demande de froid.
+ + + +	En été, si le bâtiment a une certaine inertie thermique, faire fonctionner l’installation en fin de nuit pour pré-refroidir le bâtiment avant l’occupation (ouverture des registres d’air neuf à 100 %).
+ + + +	Modifier la régulation du chauffage et de refroidissement (consignes, périodes de fonctionnement,…) pour éviter le fonctionnement simultané des deux équipements dans un même local.
+ + +	Augmenter la consigne de t° intérieure si la t° extérieure augmente.
+ + +	Humidification : Placer la sonde de contrôle de l’humidification dans la reprise. Adapter la consigne d’humidité au minimum. Supprimer la régulation de la batterie froide pour une fonction de déshumidification. Étudier tout particulièrement comment supprimer la régulation par « point de rosée ».
+ + +	Nettoyer les condenseurs à air au moins tous les ans.
+ +	Arrêter la circulation d’eau glacée dans les canalisations en dehors des heures d’occupation (nuit, week-end,…).

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Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Zonage des commandes

Principe

Le zonage consiste à répartir la distribution électrique et à regrouper les commandes en tenant compte :

De la présence d’éclairage individuel : celui-ci retarde l’allumage de l’éclairage général.
Des zones de même activité ou même période d’occupation : les appareils d’une même zone sont utilisés en fonction de l’occupation, indépendamment de la zone voisine.
De l’éclairage naturel du local : les appareils « côté intérieur » (ou locaux aveugles) sont commandés séparément des appareils « côté vitrages », ces derniers étant enclenchés selon les besoins en complément de l’éclairage naturel.

Des activités secondaires : pour les activités se déroulant en dehors des heures normales (nettoyage ou gardiennage), un éclairage réduit suffit souvent amplement.

Exemple.

Une ou deux lampes sont seulement nécessaires dans les couloirs d’hôpitaux durant la nuit.

Éclairage de nuit.

Éclairage de jour.

Dans un parking, on peut dissocier les heures de pointe et les périodes de circulations intermittentes pour lesquels un éclairage de balisage et de sécurité suffit.

Technologie classique de zonage

La mise en œuvre de ces commandes dans une installation existante non adaptée est simple, mais nécessite cependant un recâblage de l’installation avec intégration d’interrupteurs et contacteurs complémentaires.

Une mise en œuvre plus professionnelle dans les bâtiments tertiaires de moyenne voire de grandes tailles est le système à connexion rapide qui révolutionne fortement le monde du câblage structuré en courant fort. A priori, ce type de câblage n’a pas d’influence sur l’aspect énergétique de l’éclairage, mais mérite tout de même d’être signalé.

Le zonage de l’installation d’éclairage accompagné de commandes manuelles ne portera ses fruits que si on obtient la collaboration des utilisateurs. Dans le cas contraire, on doit avoir recours à des dispositifs de commande automatique.

Zonage par adressage

Les nouvelles techniques de zonage, au travers de « l’immotique« , permettent de rendre un bâtiment de moyenne ou de grande importance plus flexible par rapport au changement de configuration des locaux.

Énergétiquement parlant, cette technologie évoluée de zonage des luminaires et des commandes ne change rien par rapport à la technique classique de zonage.

Zonage par programmation / par adressage dans le SmartBuilding

Dans les smartbuilding ou les bâtiments disposant d’immotique pour l’éclairage, la flexibilité est quasi-totale. Chaque sonde, chaque luminaire, chaque interrupteur est un objet (au sens informatique) pouvant être réassocié, reconfiguré en fonction des besoins.

L’interrupteur n’est plus un robinet qui coupe ou non mécaniquement la tension dans le réseau de courant fort sur lequel il est physiquement placé. Dans ce cas-ci, l’alimentation électrique des objets est devenue indépendante de leur contrôle : l’ensemble des objets se situe sur un réseau de communication commun de sorte que les objets puissent recevoir des ordres de n’importe quel autre appareil. L’avantage majeur étant que les interactions entre objets peuvent évoluer par simple changement de la programmation.

Par exemple, si les deux pièces dessinées ci-dessus ne venaient à faire qu’un seul plateau, alors, il suffirait de modifier la programmation pour que l’interrupteur A active et éteigne l’ensemble des 32 luminaires ou une partie en fonction de la présence d’éclairement naturel.

Si, au contraire, chaque carré devait-être scindé en 3 espaces, il suffirait de répartir les interrupteurs sans-fils dans chaque pièce et les réassocier informatiquement aux bons luminaires.

Généralement, une fois le système installé, ceci peut être réalisé via des interfaces conviviales de ce type, sans passer par du code informatique.

Leynew DL103 – Leynew.com ©

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ventilation simple flux

Amenée d’air naturel
Reprise d’air via grille de transfert
Extraction mécanique
Gestion
Réseau de gainage
Silencieux
Ventilateur

Principe

On parle de ventilation simple flux lorsque soit l’amenée d’air (pulsion), soit l’évacuation d’air (extraction) est réalisée grâce à un ventilateur (systèmes B ou C, pour la norme NBN D50-001).

La ventilation « simple flux » la plus rencontrée, consiste à créer un mouvement de circulation de l’air dans le bâtiment de telle sorte que l’air neuf entre naturellement par les locaux « propres » (bureaux, chambres d’hôtel,…) et que l’air soit extrait par un ventilateur dans les locaux « humides » (sanitaires, buanderies,…) ou « viciés » (WC, cuisines,…). L’air chemine ainsi à travers plusieurs locaux par ordre croissant de pollution, en passant sous les portes ou par des grilles de transfert.

Pour que cela se passe effectivement ainsi, il faut :

Que les locaux humides ou viciés soient mis en dépression par rapport au reste du bâtiment. Des extracteurs d’air (ou ventilateurs d’extraction) aspirent l’air des sanitaires, de la cafétéria, … on parle donc d’évacuation mécanique.
Que des ouvertures soient placées en façade (grilles dans les fenêtres ou dans les murs), pour diffuser de l’air dans les locaux « propres ».

Photo ouvertures en façade.

Que le transfert de l’air entre les locaux avec alimentation et les locaux avec évacuation soit organisé : fentes sous les portes, grilles dans les portes, transfert par les couloirs,…

Photo grilles dans les portes.

Si le bâtiment est important, on le découpera préalablement en zones de ventilation distinctes.
Voici quelques exemples :

Amenée d’air	Transfert	Évacuation
bureaux	couloirs	sanitaires, cafétéria
chambre d’hôtel		sanitaires
salle de sports	couloirs	vestiaires
salle de restaurant		cuisine collective, zone fumeurs

Une telle organisation permet « d’utiliser l’air deux fois », et donc d’avoir des débits importants tout en conservant une consommation limitée.

Certains locaux peuvent aussi avoir un système de ventilation complet et autonome. C’est par exemple le cas d’une pièce qui comprend à la fois des amenées d’air naturelle et une extraction d’air par un ventilateur. L’air extrait est directement rejeté à l’extérieur par un conduit sans passer par une autre pièce.

Exemples

Ventilation de bureaux

Air neuf
Air vicié

Des grilles sont prévues dans les châssis (une par module ou une par fenêtre).
Des portes limitent la zone en dépression (y compris la cage d’escalier).
Des extractions complémentaires peuvent être disposées dans les couloirs si le débit recommandé des sanitaires est inférieur à celui des bureaux.
Pour un hôtel ou un hôpital, chaque chambre avec sanitaire est autonome au niveau de sa ventilation (extraction dans chaque sanitaire).

Ventilation d’une cuisine collective

Restaurant
Cuisine
Vers extracteur

L’air est extrait dans la cuisine par une hotte au-dessus des appareils de cuisson.
L’air est introduit naturellement dans le restaurant (il pourrait aussi être introduit dans la cuisine même).

Avantages

La ventilation par simple extraction d’air est simple, et peu coûteuse à l’exploitation.
Elle demande peu de place utile dans les locaux techniques.
En général, la présence de faux plafonds peut être évitée, puisqu’il n’y a pas de distribution d’air dans les locaux. Une évacuation par conduit vertical n’est pas non plus nécessaire. Elle s’applique donc très bien à la rénovation.
Les débits d’air extraits sont contrôlés.
La mise au point est facile et se limite au réglage des débits extraits au moyen des bouches.

Inconvénients

La ventilation par simple extraction d’air n’est pas adaptée aux bâtiments profonds et de grande hauteur. Pas plus que pour ceux situés dans des environnements bruyants et pollués :

On rejette directement vers l’extérieur de l’air aux conditions intérieures, ce qui induit des pertes énergétiques importantes.
L’air neuf n’est pas filtré et les grilles d’amenée d’air peuvent laisser filtrer les bruits extérieurs, ce qui peut être délicat en site urbain ou fortement pollué.
Les débits réels d’air neuf sont parfois éloignés des valeurs théoriques. En effet, l’air extrait ne provient pas toujours de l’endroit souhaité, c’est à dire des grilles situées dans les locaux dits « propres ». Il suffit que quelqu’un ouvre sa fenêtre pour déstabiliser la distribution des flux, … ou que les portes vers la cage d’escalier restent toujours ouvertes… ! De plus, le vent peut perturber la ventilation en créant une pression différentielle entre les façades. Les façades exposées voient leur débit augmenter et les façades à l’abri voient leur débit diminuer (ou même s’inverser!). Ce système ne s’applique donc qu’aux bâtiments peu élevés et de taille moyenne.

Les grilles d’ouvertures peuvent engendrer un inconfort, par exemple en plein hiver, sauf si la grille d’ouverture est placée à une hauteur supérieure à 1,80 m par rapport au sol.

Les ouvertures entre locaux, favorisent le passage de bruits pouvant être très gênants. Un traitement acoustique des grilles doit alors être prévu. Mais en pratique, la présence d’absorbeur acoustique dans une ouverture augmente son épaisseur et sous-entend généralement que la grille doit être placée dans l’épaisseur du mur (et non dans le vitrage ou dans la porte).
Une simple extraction ne permet pas de réaliser du free cooling, en journée ou la nuit, les débits d’extraction étant généralement très insuffisants.
Les débits nécessaires pour les sanitaires sont généralement inférieurs à ceux requis pour la ventilation des bureaux. Il faudra soit augmenter les débits dans les locaux sanitaires, soit prévoir des extracteurs supplémentaires dans les espaces de circulation.
Enfin, les ouvertures dans les façades ne sont pas toujours du goût des architectes !

Régulation

Il est plus qu’utile d’adapter le fonctionnement de la ventilation la nuit et le week-end. Arrêt ? Allure réduite ? Un contrôle du ventilateur par horloge peut être envisagé. Si le bâtiment est à taux d’occupation très variable, le fonctionnement du ventilateur devrait être asservi à la détection d’une sonde COV ou CO₂, c’est à dire aux besoins réels d’air neuf ! On parle de ventilation « à la demande ».

Préchauffage de l’air neuf

Ventiler c’est la plupart du temps introduire de l’air frais ou froid à la température extérieur dans le bâtiment. Pour garantir le confort thermique des occupants, il est souvent nécessaire de préchauffer un minimum l’air entrant.

Dans le cas d’une ventilation simple flux par extraction, la solution la plus simple pour le chauffage consiste à placer des corps de chauffe alimentés en eau chaude. Ventilation et chauffage sont alors régulés tout à fait distinctement.

Si, pour des raisons de confort, la ventilation est intégrée dans le corps de chauffe (grille dans le mur en façade au dos du convecteur, par exemple), une précaution anti-gel devra être trouvée :

par une fermeture automatique de la grille (cher à l’investissement),
par un maintien d’une température d’eau minimale en période de gel extérieur (cher à l’exploitation, sauf si cela participe au maintien hors gel des locaux),
par le choix d’un corps de chauffe électrique (cher à l’exploitation suite au prix du kWh électrique).

Dans le cas d’une ventilation simple flux par pulsion, l’air induit dans le bâtiment peut passer par un caisson de traitement d’air où l’air peut être remonté en température grâce à des batteries de chauffe électriques ou à eau chaude.

Récupération de chaleur

Ventiler c’est aussi rejeter à l’extérieur de l’air chaud à température intérieur. Dans un soucis d’économie d’énergie, il est utile de récupérer cette chaleur au maximum.

Cependant, dans le cas de la ventilation simple flux, l’air entrant ne peut être réchauffé par l’air sortant grâce à une récupérateur de chaleur comme dans une ventilation double flux.

Actuellement, le seul moyen de récupérer la chaleur extraite du bâtiment par l’air de ventilation, dans le cas d’un simple flux par extraction, est de placer une pompe à chaleur air/eau sur le conduit d’extraction qui récupéra les calories contenues dans l’air pour chauffer l’eau chaude sanitaire ou de chauffage à basse température. La différence de température entre la source froide et chaude de la PAC étant réduite (par rapport à la température extérieure), le COP n’en sera que meilleur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Chaudière à condensation pour la résidence « Les Trois Rois »

Chaudière à condensation pour la résidence "Les Trois Rois"

Introduction

En 2001, une rénovation complète de la chaufferie et de la ventilation a conduit à une bonne adéquation des installations de chauffage par rapport aux besoins thermiques du bâtiment. Sans oublier une amélioration thermique des façades. Un impact considérable sur la consommation spécifique du bâtiment.

La Résidence « Les Trois Rois » à Visé fait partie de l’IPAL (Intercommunale des Personnes Agées de Liège et environs) et compte 65 lits en MRS, 25 lits en MR et 8 places en accueil et soins de jour.

Première étape : l’état des lieux

Avant rénovation, la production de chaleur pour tous les besoins du bâtiment était assurée par 3 chaudières au gaz atmosphériques de 732 kW chacune soit au total 2 196 kW. Sur base de la consommation de gaz pour le chauffage et la ventilation ainsi que de la surface à chauffer, soit 6 550 m², la consommation spécifique annuelle normalisée était d’environ 276 kWh/m². Pour se situer et évaluer la marge de progression potentielle, rien de tel que de se comparer : un bâtiment neuf, répondant à la norme régionale de l’époque du k55, consommerait quant à lui environ 85 kWh/m² en considérant les technologies standards. Soit plus de 3 fois moins.

Ce qui justifie cette différence

La conception du bâtiment date d’avant 1973 et par conséquent, aucune mesure particulière prise sur le plan énergétique. On ne s’en souciait guère avec un prix du mazout de chauffage ridicule. On constate un manque total d’isolation thermique (simple vitrage et murs non isolés, toiture, quant à elle, isolée lors de la rénovation de l’étanchéité) et un surdimensionnement des chaudières atmosphériques. De plus, elles présentent un faible rendement nominal à pleine charge et des pertes à l’arrêt par balayage importantes vers la cheminée.

Complète rénovation

Un réajustement de la puissance installée. En effet, la puissance nécessaire actuellement au chauffage et à l’eau chaude sanitaire est d’environ 1110 kW. De plus, l’opportunité de placer une chaudière à condensation fut saisie. La condensation des fumées au contact de l’eau de retour et la récupération de la chaleur latente contenue dans la vapeur d’eau des fumées est d’autant plus grande que la température de retour est inférieure à 57°C. Pour cela, le régime d’eau nominal doit être de l’ordre de 70/55. Condition pouvant être remplie aux « Trois Rois ». En effet, avant travaux le régime d’eau était déjà de 70/60 et le retour à 60°C était dû à un débit de circulation élevé, un surdimensionnement homogène et important des radiateurs permettant un régime plus bas, une production de l’eau chaude sanitaire indépendante. Dès lors une chaudière à condensation de 460 kW fut placée en toiture ainsi qu’une chaudière gaz haut rendement de dépannage et une autre en sous-sol de 225 kW pour la production de l’eau chaude sanitaire. Régulation pour chaque aile avec sonde de température extérieure et équipement de l’ensemble des corps de chauffe de vannes thermostatiques (242 au total).

Ventilation mécanique des chambres

Auparavant, seul le manque d’étanchéité des vieux châssis permettait d’assurer un certain renouvellement d’air qui était bien entendu aléatoire. Aujourd’hui, les résidents profitent dans leur chambre d’une installation de ventilation mécanique double flux (pulsion dans la chambre et extraction au niveau du plafond des sanitaires).

Les débits de ventilation prévus sont les suivants :

chambre à 1 lit : 50 m³/h
chambre à 2 lits : 75 m³/h
salle de bain commune : 75 m³/h
séjour : 150 m³/h
autres locaux : 50 m³/h

Le taux global de renouvellement d’air est ainsi d’environ 1 volume par heure.

On soulignera qu’un récupérateur de chaleur permet de préchauffer l’air neuf avec l’air extrait et qu’il est prévu la possibilité de pulser de l’air extérieur non réchauffé afin de rafraîchir le bâtiment en été (principe du free cooling) grâce à un by-pass de l’échangeur de récupération. Cependant, l’effet tangible de ce free cooling reste toutefois limité (de l’ordre de 180 W par chambre) car le débit d’air est limité.

L’humidité relative est, quant à elle, contrôlée par un humidificateur électrique à vapeur.

Sus aux vieux châssis !

Parallèlement, les 163 vieux châssis (443 m² au total) ont été enlevés et remplacés par des châssis en aluminium à coupure thermique présentant un coefficient de conductivité thermique U=1,8 W/m²K et 56 stores extérieurs pare-soleil agrémentent les fenêtres exposées plein sud pour limiter les surchauffes estivales.

Bilan des consommations

L’ensemble de ces opérations a permis de ramener la consommation spécifique à 147 kWh/m² ce qui correspond à une diminution de près de 50% et une économie financière en 2003 sur la facture d’énergie de 18 000 €.

En détail

Économique

Investissement châssis et installation de chauffage : 256.300 € TVAC
Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGASS et de la DGTRE (UREBA) pour ce type d’investissement.

Informations complémentaires

William COMBLAIN
Directeur Résidence « Les Trois Rois »
Tél : 04 374 91 11
Email : w.comblain@ipal.be Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Système tout air, à débit constant, double gaine

Dans les années 70, pour gérer les particularités locales on a développé un réseau « tout air » double conduit (un d’air chaud et un d’air froid), avec boîte de mélange à l’entrée des locaux : quel coût d’investissement et quel gaspillage énergétique (on « détruit » l’énergie produite lors du mélange) !

Il s’agit donc là d’une technique qui n’est plus guère rencontrée aujourd’hui.

Ce système était utilisé lorsqu’un débit d’air élevé et constant est souhaité, que les besoins des locaux sont extrêmement variables d’une zone à l’autre (on ne souhaite pas la même température par exemple), et que le système doit répondre avec une très grande rapidité aux variations de charges (on n’est pas soumis au même ensoleillement par exemple).

En pratique, il a été peu utilisé dans les bureaux (l’inertie des bureaux ne demande généralement pas une grande souplesse), parfois en secteur hospitalier, plus souvent dans le secteur industriel avec exigences élevées de régulation. On a aussi pu le trouver dans des bâtiments spécifiques tels que des complexes de cinéma.

Principe de fonctionnement

Le système de conditionnement d’air « tout air, à débit constant, double gaine » est un système où deux niveaux de température d’air sont préparés en centrale, puis distribués par deux gaines distinctes vers le/les locaux. On l’appelle également « dual duct ».

En pratique, un caisson central assure un premier niveau de préparation de l’air (par exemple jusque 16°), puis une batterie de post-chauffe et une de refroidissement préparent de l’air chaud et de l’air froid, distribués dans deux gaines différentes. Des boîtes de mélange sont prévues à l’entrée de chaque local, ou zone de locaux ayant des besoins similaires. Chaque registre de mélange est piloté par un thermostat d’ambiance. Ce mélange est destructeur d’énergie. Les réseaux double gaine doivent donc être évités dans une approche URE.
En voici un exemple :

Ce système constitue une branche de la grande famille du conditionnement d’air « tout air » :

– débit constant

monogaine
- unizone
  - basse pression
  - haute pression (avec boîte de détente)
- multizone
  - basse pression
  - haute pression (avec boîte de détente)
double gaine multizone (avec boîte de mélange)
- basse pression
- haute pression (avec boîte de détente)

– débit variable

avec chauffage par radiateurs indépendants
avec chauffage par batterie à eau chaude

Comme on le voit, il existe de nombreuses variantes !

Expliquons chacun des termes :

> « tout air »

L’air est le fluide caloporteur de chaleur, de froid, ou d’humidité. Ainsi :

si en hiver le local présente des déperditions, l’air sera pulsé à 28°C, par exemple,
si en été, le local subit des apports solaires, l’air sera pulsé à 16°C,
si, dans la salle de cinéma, le film très suggestif provoque beaucoup de dégagement de vapeur de la part des spectateurs, l’air sera pulsé très sec !

> « débit constant »

Le débit est fixé par le ventilateur (qui ne dispose que d’une seule vitesse de rotation).

La régulation est réalisée par action sur la température et le taux d’humidité de l’air pulsé.

> « double gaine »

Les pièces climatisées sont alimentées par deux gaines, par exemple une gaine d’air chaud à 35°C, et une gaine d’air froid à 16°C.

> « multi-zones »

Le système « double gaine » est forcément multi-zones : on crée plusieurs zones dans le bâtiment, chaque zone pouvant recevoir un air traité spécifiquement en fonction de ses besoins.

Remarque : une zone peut comprendre plusieurs locaux.

> « basse ou haute pression »

On parle de basse pression du ventilateur :

si pression < 800 Pa, ou 80 mmCE
si vitesse dans les gaines < 7 m/s

On parle de réseau haute pression si la vitesse dans les conduits atteint de 12 à 16 m/s

Détails technologiques du traitement de l’air

L’air est d’abord pré-traité en centrale : mélange éventuel de l’air neuf et de l’air repris, filtration, préchauffage éventuel de l’air (notamment pour éviter tout risque de gel de la batterie froide) et pulsion dans deux caissons.

Un caisson est équipé d’un échangeur de postchauffe et si nécessaire d’un système d’humidification (généralement un humidificateur à vapeur) : c’est le préparateur du réseau chaud.

Un deuxième caisson est équipé d’une batterie froide, assurant éventuellement la déshumidification : c’est le préparateur du réseau froid.

Le chauffage de l’air est assuré

soit par batterie électrique,
soit par batterie d’eau chaude préparée en chaufferie.

Le refroidissement de l’air est assuré

soit par l’évaporateur d’un groupe frigorifique (système à détente directe),
soit par de l’eau glacée préparée par un groupe de production frigorifique.

Les parois des caissons sont à double enveloppe en tôle d’acier galvanisé ou peint. Un isolant acoustique et thermique de 25 mm d’épaisseur minimale est fixé entre les deux tôles.

À l’entrée de chaque local, ou de chaque zone de locaux, les deux flux d’air sont mélangés dans une « boîte de mélange » terminale. Le débit total est donc constant, c’est la proportion d’air chaud et d’air froid qui varie.

Variantes technologiques

Réseau sous haute pression

Pour réduire les sections, on augmente la vitesse de l’air dans les gaines. Les pertes de charge augmentent et obligent à travailler à haute pression au ventilateur. Des dispositifs de détente sont alors associées aux boîtes de mélange.

La pression du ventilateur est généralement > 1 000 PA, ou 100 mmCE et la vitesse dans les gaines > 10 m/s.

A débit égal, doubler la vitesse de l’air dans les gaines (par rapport au système basse pression) permet de diminuer par deux la section nécessaire. Mais les frottements de l’air sur les parois des gainages sont proportionnels au carré de la vitesse. Et donc le ventilateur doit vaincre des pertes de charges beaucoup plus élevées, pouvant à la limite atteindre 2 000 PA Aussi, actuellement, pour des raisons d’économie d’énergie (et de bruit), on ne dépasse plus 15 m/s, ce qui génère des pressions de ventilateur de 500 à 1 500 PA.

Après passage dans une boîte de détente, l’air est diffusé par les bouches de soufflage.

Les boîtes de détente sont généralement des boîtes insonorisées, comportant un organe déprimogène (tôle perforée par exemple). Un régulateur maintient le débit à valeur constante.

À ces pressions, des précautions sérieuses sont à prendre en matière acoustique, notamment au niveau des appareils terminaux (amortisseur de bruit).

Recyclage partiel

En vue de diminuer les coûts d’exploitation, l’air extrait peut être recyclé partiellement. On part de l’idée que l’on ne peut faire du froid et du chaud en même temps et que donc un des 2 échangeurs est à l’arrêt.

Dès lors, en été la batterie froide refroidit et la batterie chaude est à l’arrêt. Dans le réseau chaud circule de l’air mélangé entre l’air recyclé et l’air extérieur (chaud).

En hiver, seule la batterie chaude fonctionne. Et dans le réseau froid circule de l’air mélangé entre l’air recyclé et l’air extérieur (froid).

Et en mi-saison ? Que faire lorsque des locaux ont des demandes différentes ? Astuce : les deux batteries fonctionnent mais la batterie de chaud est alimentée par l’eau de condensation du groupe frigorifique qui produit l’eau glacée !

Récupération de la chaleur sur l’air extrait

Pour récupérer l’énergie contenue dans l’air extrait tout en évitant généralement tout risque de contamination, l’air sortant croise l’air neuf entrant dans un échangeur de chaleur.

Et toute combinaison des variantes précédentes …

Il est bien entendu possible de combiner les différentes variantes reprises ci-dessus.

Avantages

Possibilité d’adapter individuellement les ambiances suivant les locaux,
rapidité de la réponse du système à la demande des locaux,
possibilité d’utilisation d’air extérieur pour le refroidissement gratuit (free cooling),
contrôle de l’humidité relative en centrale et de l’empoussièrement.

Inconvénients

Le débit d’air est constant. Or il est dimensionné pour la situation extrême, généralement celle de l’été, en période de canicule avec un soleil de plomb ! Conclusions : de tels débits entraînent une consommation élevée des ventilateurs et, dans certains cas, de l’inconfort … toute l’année !

La consommation élevée du ventilateur devient très élevée dans le cas des installations haute pression.

L’encombrement de la centrale, des caissons de préparation terminaux et du double réseau de gaines (gros débits, section importante des conduites d’air neuf, d’air pulsé et d’air extrait).

Exemple.

Une salle de spectacles est maintenue à 20°C. De l’air chaud est pulsé à 30°C. Les déperditions du local sont de 20 kWatts. Quelle sera la section de la conduite nécessaire ?

La capacité calorifique de l’air étant de 0,34 Wh/m³.K, le débit est donné par :

débit = puissance / 0,34 x DT° (en m³/h).

Ici, débit = 20 000 / 0,34 x 10 = 5 882 m³/h = 1,63 m³/s

Sur base d’une vitesse de 8 m/s, la section devient 1,63 / 8 = 0,2 m², soit une section de 40 cm x 50 cm, ou une conduite circulaire de 0,5 m de diamètre !

La même puissance est transportée par de l’eau dans une tuyauterie de 1,75 cm de diamètre ! (vitesse : 1 m/s)

C’est pour limiter cet encombrement que l’on a recours à une conception de réseau de gaines sous haute pression. L’encombrement est plus limité mais reste toujours plus élevé que pour le système mixte eau + air, par exemple.

Intégration obligatoire dès la conception du bâtiment.

Coût d’exploitation très important :
- Risque de « casser » de l’énergie : le réseau de froid prépare l’air à une température correspondant aux besoins du local le plus demandeur (le local informatique, exposé au Sud, par exemple !). Dès lors, tous les autres locaux devront mélanger cet air froid avec de l’air du réseau chaud…! Une régulation centrale doit piloter le tout « intelligemment », et profiter de l’air extérieur lorsque sa température peut être valorisée, sans quoi les coûts d’exploitation sont catastrophiques ! (à noter qu’un tel système qui ferait du chaud et du froid simultanément est interdit en France, sauf si le fluide chauffant est de récupération, par exemple sur le condenseur de la machine frigorifique).
- Il n’est pas possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence ou non d’occupants dans chacune des zones.
- Des fuites d’un réseau vers l’autre apparaissent toujours dans la boîte de mélange où de 3 à 10 % du débit total est perdu malgré la fermeture du clapet.
- Les batteries électriques sont peu coûteuses à l’investissement mais très onéreuses à l’usage, à l’opposé des batteries d’eau chaude qui sont coûteuses à l’investissement (deux tubes).
- Le recyclage de l’air paraît aléatoire, puisque l’air extrait sera issu d’un mélange, sauf en plein hiver et en plein été… Une étude de rentabilité s’impose !

Si la vitesse de déplacement de l’air est augmentée pour diminuer les sections, le niveau de bruit sera nettement plus élevé et demandera un traitement acoustique sérieux.

Nécessité d’équipements de plus grande solidité pour résister aux pressions, si variante en haute pression.

Enfin, et ce n’est pas négligeable, le coût d’investissement de départ est très élevé !

Très honnêtement, avec de tels inconvénients, y a-t-il encore intérêt à avoir un système avec traitement centralisé ?

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Taux d’éblouissement d’inconfort – UGR

L’éblouissement d’inconfort provenant directement des luminaires doit être quantifié par l’auteur du projet en utilisant la méthode tabulaire d’évaluation du taux d’éblouissement unifié UGR de la CIE.

Sans rentrer dans les détails, le facteur UGR donne une idée de l’éblouissement d’inconfort dans le champ visuel de l’observateur par rapport à la luminance de fond (éblouissement provoqué par l’association de plusieurs luminaires dans un environnement considéré). Ce facteur UGR varie de 10 à 30. Plus la valeur du facteur est élevée, plus la probabilité d’éblouissement d’inconfort est importante.

Des valeurs de référence définissent des classes de qualité :

28	Zone de circulation
25	Salle d’archives, escaliers, ascenseur
22	Espace d’accueil
19	Activités normales de bureau
16	Dessins techniques, postes de travail CAD

Les facteurs suivants jouent un rôle important dans la détermination de la valeur UGR :

la forme et les dimensions du local,
la clarté de la surface (luminance) des parois, des plafonds, des sols et des autres surfaces étendues,
le type de luminaire et de protection,
la luminance de la lampe,
la répartition des luminaires dans le local,
la ou les positions de l’observateur.

Les valeurs de l’UGR données dans la norme EN 12464-1 sont des valeurs maximales à ne pas dépasser.

Exemple.

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Ra	Remarques	Plan de référence
Classement, transcription	300	19	80		0.85 m du sol par défaut
Écriture , dactylographie, lecture, traitement de données	500	19	80
Dessin industriel	750	16	80
Postes de travail de conception assistée par ordinateur (CAO)	500	19	80	Un contrôle de l’éclairage est recommandé
Salle de conférence et de réunion	500	19	80
Réception	300	22	80
Archives	200	25	80		plans verticaux des rayonnages

On voit tout de suite que l’exigence de confort est moindre (UGR élevé = plus éblouissant) dans des locaux peu fréquentés ou pour des tâches nécessitant moins de concentration visuelle.

Certains fabricants proposent des tableaux simplifiés de détermination des valeurs UGR mais limités à des locaux simples pour une seule famille de luminaires donnée.

Par exemple, le logiciel « Dialux » est capable de calculer l’UGR en un point du plan donné, mais ce calcul prend, néanmoins, beaucoup de temps.

À titre indicatif, la formule de calcul de l’UGR est donnée :

UGR = 8 log (0.25/Lb x Σ L² ω/p²)

où :

Lp est la luminance de fond exprimée en candela/m² et représente l’éclairement vertical indirect au niveau de l’œil de l’observateur.
L est la luminance contenant les parties lumineuses de chaque luminaire dans la direction de l’observateur en candela/m².
ωest l’angle solide (stéradian) des parties lumineuses de chaque luminaire au niveau de l’œil de l’observateur.
P est l’indice de position de Guth fourni dans des tables spécifiques et représente la position d’un luminaire par rapport à l’axe vertical.

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.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Organiser le rafraîchissement par free-cooling

Organiser un balayage nocturne

Le free cooling naturel

Dans un bâtiment existant, le free cooling peut se faire au moyen d’une ventilation naturelle, par de grandes ouvertures en façades, c’est-à-dire a priori, par les fenêtres (on imagine mal de percer des ouvertures dans la façade et les planchers).

Ventilation naturelle individuelle de chaque locaux.

Ventilation naturelle transversale.

Grille de ventilation nocturne intensive. Ces grilles, réalisées sur mesure, se fixent par l’intérieur en été, laissant toute liberté de manipulation de la fenêtre par les occupants.

Il existe évidemment une série de contraintes à la réalisation et à l’efficacité d’une ventilation naturelle nocturne intensive. Citons notamment :

la collaboration nécessaire des occupants,
les risques de sous-refroidissement des locaux, le matin,
l’inertie nécessaire des parois,
…

Pour garantir l’efficacité du free cooling nocturne malgré ces contraintes, la ventilation naturelle peut être automatisée (ouvertures automatiques, régulées en fonction de la température intérieure et extérieure).

Hors de prix ? Pas vraiment, ainsi la « fenêtre de toiture » avec ouverture automatique est aujourd’hui un produit vendu en grande série (si la T° intérieure dépasse in certain seuil, la fenêtre s’ouvre via une petite vis sans fin motorisée. Si nécessaire, un détecteur de pluie entraîne sa fermeture).

Il est difficile d’estimer, dans un cas particulier, le gain réalisable grâce au free cooling nocturne. Cela dépend de la structure du bâtiment, de mode de ventilation, de la taille des ouvertures, de la température extérieure, …

Pour fixer un ordre de grandeur, nous avons simulé le comportement d’un immeuble de bureaux type.

Dans ce bâtiment de 3 000 m², la température intérieure maximum est maintenue sous 24°C par un système de climatisation. Une ventilation naturelle nocturne, de 4 renouvellements par heure, est organisée lorsque la température intérieure dépasse 23°C et la température extérieure est inférieure à 18°C. Nous avons constaté une diminution de la consommation due à la climatisation :

de 44 % si le bâtiment présente une inertie thermique importante (pas de faux plafond, de faux plancher, cloisons en béton);
de 21 % si le bâtiment présente peu d’inertie thermique (faux plafonds et planchers, cloisons en plaques de plâtre).

Ce cas est évidemment idéal puisqu’il suppose la présence d’un système d’ouvertures automatiques régulé en fonction des températures. Ces estimations doivent être revues à la baisse dans le cas d’une gestion manuelle du free cooling.

Mentionnons cependant qu’il existe des exemples de bâtiments existants dans lesquels, au moyen de grilles installées dans les châssis existants et manipulées manuellement par les occupants, on est parvenu à des résultats probants en matière de maîtrise des surchauffes d’été.

Études de cas

Le bâtiment « PROBE » du CSTC à Limette : une ventilation intensive de nuit permet, sans climatisation, d’y limiter la température intérieure de la plupart des bureaux en dessous de limites de confort d’été.

Intégrer l’air frais dans le système de climatisation

Le free cooling mécanique

Il est possible également de valoriser la présence du système de climatisation, en forçant la ventilation mécanique durant la nuit. Ce n’est pas toujours intéressant du point de vue énergétique : la consommation électrique des ventilateurs pour assurer un débit suffisant durant la nuit pourrait être pratiquement semblable à la consommation de la climatisation pour évacuer la même quantité de chaleur à la relance matinale !

En pratique, la ventilation ne devrait s’enclencher que si l’écart de température entre l’intérieur et l’extérieur dépasse 5 K à 8 K. Tout dépend de la perte de charge du réseau qui est associé au ventilateur et à la performance de celui-ci.

Il faut de bons débits d’air pour assurer un effet de refroidissement notable. Si c’est uniquement l’air de ventilation qui est pulsé, cela n’apportera qu’une puissance de 10 W/m² environ. Ce sont donc les systèmes « tout air » qui sont les plus efficaces à ce niveau. Ce sera le cas pour des salles de réunion, de conférence, etc …

Avec les systèmes de climatisation « tout air », le free cooling de jour est également possible. En effet, lorsque des besoins en refroidissement se font ressentir pour une température extérieure inférieure à la température intérieure, il y a tout intérêt à valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur plutôt que faire fonctionner la batterie de refroidissement. La régulation devra alors augmenter l’ouverture des volets d’admission d’air neuf au détriment de l’air recyclé.

Cas particulier : les bâtiments équipés de roof-top

Ce sont des appareils dimensionnés pour vaincre les pires canicules de l’été. Le débit des ventilateurs est donc fort important. Non seulement on lui adaptera utilement un variateur de vitesse pour limiter le débit d’air en hiver, mais en plus on l’exploitera durant la nuit en été pour réaliser le free cooling du bâtiment à faible coût. Avec un peu de tâtonnement au début pour ajuster la courbe, un régulateur en fonction de l’air extérieur devrait faire des merveilles !

Concevoir

Pour en savoir plus sur les possibilités d’exploitation du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur et sur application pratique du free-cooling.

Exploiter la ventilation hygiénique en complément de la climatisation

On a vu que le free cooling nocturne ne pouvait remplacer la climatisation que sous certaines conditions, notamment la réalisation de renouvellements d’air importants, ce qui impose l’utilisation de la ventilation naturelle.

Dans un bâtiment climatisé, on peut aussi se demander si, durant la nuit, on ne peut pas profiter du réseau de ventilation hygiénique pour décharger la chaleur accumulée durant la journée et faciliter la relance matinale du système de climatisation.

Exemple.

Comparons 2 systèmes, dans un bureau individuel maintenu, par la climatisation, à 26°C en journée :

	Journée	Nuit
Système 1	Ventilo-convecteurs	ventilation hygiénique double flux
Système 2	Ventilo-convecteurs	Ventilo-convecteurs, ventilation coupée

Système 1

durant la nuit, les ventilo-convecteurs sont mis à l’arrêt. La ventilation hygiénique (soit 30 m³/h) est maintenue en fonctionnement pour profiter du pouvoir refroidissant de l’air extérieur.

Si la température de pulsion de l’air est de 16°C (ce qui équivaut à une température extérieure de l’ordre de 14°C si on considère que les pertes du ventilateur et les pertes de charge augmentent la température de l’air neuf de 2°C), la puissance frigorifique fournie par l’air équivaut à :

0,34 [W/(m³/h).K] x 30 [m³/h] x (26 [°C] – 16 [°C]) = 100 [W]

La puissance absorbée par les ventilateurs (pulsion et extraction) nécessaire à cette ventilation est de l’ordre de 0,65 W/(m³/h) (ordre de grandeur courant pour un réseau de ventilation hygiénique double flux équivalent à une perte de charge totale de 1 500 PA et un rendement total de ventilateur de 0,65), soit :

0,65 [W/(m³/h)] x 30 [m³/h] = 19,5 [W]

Bilan : on appelle donc une puissance électrique de 19,5 W pour produire 100 W de froid.

Système 2

durant la nuit, la ventilation est mise à l’arrêt et les ventilo-convecteurs assurent l’abaissement nocturne de la température.

Pour fournir une même puissance frigorifique que dans le premier système, soit 100 W, le système de climatisation consommera (avec une efficacité frigorifique de 3) :

100 [W] / 3 = 33 [W] pour la production de froid,
1 [W] pour la pompe de circulation d’eau glacée,
50 [W] / 20 = 2,5 [W] pour le ventilateur du ventilo-convecteur (le ventilateur d’un ventilo-convecteur de 2 kW absorbe une puissance voisine de 50 W).

Soit un total de 36,5 W.

Bilan : on consomme donc 36,5 W pour produire 100 W de froid.

Conclusions

Dans l’exemple ci-dessus, réaliser un free cooling de nuit au moyen d’une ventilation mécanique consomme nettement moins d’électricité que l’élimination de la chaleur résiduelle du bâtiment par les ventilo-convecteurs. On ne peut cependant pas en faire une généralité. Ceci dépend évidemment des consommations respectives des différents équipements.

Par exemple, la puissance électrique des ventilateurs (ici : 0,65 W/(m³/h)) dépend de la perte de charge du réseau de distribution d’air, donc de la complexité du réseau de distribution et de la présence d’équipements comme des batteries de chauffage, des humidificateurs ou silencieux.

Dans un simple circuit de ventilation hygiénique particulièrement étudié pour diminuer la consommation électrique (rendement de ventilateur élevé, pertes de charge faibles), cette puissance peut être réduite à 0,25 W/(m³/h), ce qui favorise grandement le free cooling mécanique nocturne par rapport à la climatisation. Par contre dans un réseau complexe (avec batterie de traitement d’air, …), on peut arriver à des puissances de ventilateur de l’ordre de 1 W/(m³/h).

De même, l’efficacité frigorifique de la production de froid est variable en fonction de sa qualité intrinsèque et des conditions de fonctionnement. On repère, par exemple, dans les spécifications techniques d’un fabricant que l’efficacité frigorifique de la machine x varie de 1,8 (pour une température d’eau froide de 5°C et une température d’air au condenseur de 45°C) à 3,7 (pour une température d’eau froide de 10°C et une température d’air au condenseur de 25°C).

Comme le montre le tableau suivant, le choix du mode de fonctionnement peut varier en fonction de la qualité des équipements.

Exemple : comparaison de la puissance absorbée par le free cooling nocturne et la puissance absorbée par une machine frigorifique pour évacuer 100 W (dans les conditions de fonctionnement de l’exemple ci-dessus) en fonction de la qualité énergétique de la ventilation et de la production de froid .

Puissance spécifique de la ventilation [W/(m³/h)]	Efficacité frigorifique de la machine frigorifique	Puissance absorbée par la ventilation [W]	Puissance absorbée par la climatisation [W]
0,25	1,8	7,5	59
0,65	3	19,5	36,5
1	3,7	30	30

L’idéal serait donc de pouvoir comparer sur site les consommations des deux systèmes existants.

En outre, pour que le type de free cooling décrit ici soit efficace, il faut que la température extérieure soit suffisamment basse pour permettre un refroidissement réel.

Dans l’exemple ci-dessus, si la différence entre la température intérieure et la température de l’air neuf pulsé diminue en dessous de 10°C, il est nécessaire d’augmenter le débit d’air neuf pour garantir la même puissance frigorifique de 100 W. Ainsi si la température de pulsion est inférieure de 5°C par rapport à la température intérieure (ce qui équivaut à une température extérieure de 26 [°C] – 5 [°C] – 2 [°C] = 19 [°C]), le débit de ventilation devrait être augmenté à 56 m³/h, ce qui entraîne une consommation électrique au minimum identique à celle des ventilo-convecteurs. Si l’écart de température diminue encore, ce qui est possible durant les nuits chaudes d’été, le free cooling mécanique sera plus consommateur que le système de climatisation par ventilo-convecteurs !

Ce qui montre la limite du free cooling nocturne mécanique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Qualité de l’eau

La dureté de l’eau

C’est quoi la dureté?

La dureté de l’eau exprime la concentration en ions calcium (Ca++) et magnésium (Mg++) responsable du dépôt de tartre (ou calcaire) à l’intérieur du réseau hydraulique. Cette dureté s’exprime généralement en degrés français (df ou °F). À titre indicatif :

Dureté de l’eau
1°F	= 4 mg/l de Ca++	= 10 mg/l de CaCO₃
	= 2.4 mg/l de Mg++

La dureté de l’eau résulte du passage de l’eau dans les sous-sols rocheux où elle se charge, entre autres, en calcium et de magnésium. En Belgique, les eaux sont assez bien chargées et donc dures pour la plupart des régions (exception faite par exemple dans l’est du pays).
Une eau est :

douce de 0 à 18°F,
mi-dure de 18 à 30°F,
dure + de 30°F.

Comment connaître simplement la dureté de l’eau ?

Des kits de bandelettes sont vendus dans le commerce. En trempant une bandelette dans l’eau à analyser, elle se colore en fonction de la dureté de l’échantillon d’eau. Il suffit de comparer cette couleur à celle de la table colorimétrique livrée avec le kit.

D’autres systèmes plus sophistiqués existent mais ne seront pas abordés ici.

La corrosivité et l’agressivité de l’eau

Il ne faut pas confondre corrosivité et agressivité de l’eau. En effet :

La corrosivité est le résultat de l’interaction électrochimique entre le caractère électrolytique de l’eau (présence d’anions et de cations) et le métal. Cette interaction conduit à la dissolution du métal et sa transformation en oxydes insolubles (le plus connu: acier + eau = rouille). On mesure le degré de corrosivité par la conductivité (en µSiemens). Moins il y a de cations et d’anions dans l’eau, moins cette eau sera corrosive.
L’agressivité est la tendance à dissoudre du carbonate de calcium dans l’eau; elle est due au CO₂ libre présent dans l’eau. Une eau agressive est généralement corrosive mais pas l’inverse.

Lorsqu’on parle de vapeur (c’est le cas en stérilisation), les risques de corrosion sont encore plus importants; ce qui nécessite de réduire la présence d’ions. On y arrive en utilisant entre autres un osmoseur inverse.

L’eau adoucie

Dans la plupart des cas, l’eau brute de « ville » est traitée par un adoucisseur échangeur d’ions. Des résines échangeuse de cations divalents (calcium et magnésium), comme son nom l’indique, échangent des ions sodium (Na) pour du calcium et du magnésium responsables de développement du tartre dans les conduites à température élevée comme c’est le cas en stérilisation.

L’intérêt d’adoucir l’eau est de limiter l’entartrage des équipements travaillant à températures élevées.

L’eau osmosée

C’est l’eau qui a été traitée par osmose inverse. Cette eau, suite à son traitement est pratiquement pure. La membrane semi-perméable de l’osmoseur inverse permet de retenir la plupart des particules, ions et contaminants organiques. En d’autres termes, l’eau osmosée se trouve débarrassée à la fois des ions responsables de la corrosion des équipements et des micro-organismes indésirables en stérilisation (bactéries, …). Il est nécessaire pour garantir une qualité d’eau optimale, d’effectuer des contrôles en continu de la conductivité (en µSiemens) et de la teneur en chlore de l’eau brute de « ville » (sensibilité des membranes semi-perméable au chlore).

Synthèse sur la qualité de l’eau en stérilisation

Dans le tableau ci-dessous sont repris les principaux paramètres physico-chimiques (extrait du CTIN 2002 [7] français ou Comité Technique des Infections Nosocomiales) à mesurer et à respecter afin de conserver une qualité d’eau maximale garantissant la pérénnité des équipements. Il est clair que d’autres tests de qualité d’eau doivent être réalisés afin de garantir l’absence de contaminants organiques mais cela dépasse le cadre de l’énergie.

Qualité de l’eau
Type de mesure	Limite de qualité	Fréquence
Eau de ville
pH	6,5 à 9
Conductivité	400 µS/cm à 20°C
Chlore résiduel	0,1 mg/l
Température	15°C
Eau adoucie
Dureté	4 à 8°F
Eau osmosée
Conductivité	15µS/cm	Périodique ou en continu
dureté	0.02mmol/l
pH	5 à 7
…

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les meubles frigorifiques

Les critères de choix liés à la vente des denrées

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;
de vente;
de magasin;
de système frigorifique;
de service.

Adaptation aux denrées vendues

Le choix des meubles frigorifiques liés aux types de denrées dépend principalement :

de la nature des denrées elle-même, des emballages et du conditionnement;
de la compatibilité des matériaux du meuble en contact avec les denrées;
de la température de conservation nécessaire (imposée suivant les denrées);
du mode de distribution du froid;
du volume utile de stockage;
de la hauteur minimale de chargement adaptée aux produits;
…

Adaptation à la forme de vente

Les meubles frigorifiques seront différents suivant :

la politique commerciale soutenue aboutissant généralement au libre-service ou service traditionnel;
qu’il s’agit d’alimentation générale ou spécialisée.

Adaptation à la surface de vente

Il faut prendre en compte :

la grandeur du commerce, sa géométrie, le flux possible des clients,
la présence ou non de « caddy’s »;
les conditions d’ambiance (température, humidité, …);
la disposition des autres rayonnages;
le « design » général du magasin;
…

Adaptation au système frigorifique

Le système frigorifique est lié à la configuration du magasin (en site urbain, rural, toiture plate, surface disponible à l’arrière du commerce ou pas, cave ventilée, …). En effet, on ne peut pas se permettre, par exemple, de placer des condenseurs ou des compresseurs bruyants à l’extérieur en site résidentiel sans prendre des précautions préalables.

L’adaptation des meubles au système frigorifique suit la même logique :

groupe incorporé au meuble ou pas;
groupe de froid centralisé en toiture;
condenseur à air ou à eau;
…

Adaptation au service

Il faut enfin tenir compte :

de la robustesse;
de la fiabilité;
de la durée de vie;
accessibilité avant arrière;
souplesse d’utilisation;
facilité de maintenance préventive et corrective;
…

Les critères de choix liés aux coûts

Il est important de citer les critères de choix liés aux différents coûts qu’il est nécessaire de prévoir avant de choisir tel ou tel type de meuble frigorifique.

Les coûts

Les principaux coûts sont naturellement :

L’investissement qui comprend les 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.

Le coût total annuel est donné par la formule suivante :

coût total annuel = coût global d’investissement annuel + coût d’exploitation annuel

Les critères de choix spécifiques

Les critères de choix des meubles frigorifiques self-service se présentent sous forme de ratios spécifiques :

Le ratio « chargement » exprimé par la relation :

chargement = coût total annuel / surface horizontale de chargement (2) [€/m²]

Le ratio « exposition » exprimé par la relation :

exposition = coût total annuel / surface d’exposition (3) [€/m²]

Le ratio « ouverture » exprimé par la relation :

ouverture = coût total annuel / l’ouverture d’exposition (4) [€/m²]

Le ratio « volume » exprimé par la relation :

volume = coût total annuel / volume utile [€/m³]

Les critères globaux 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, c’est l’instant, le moment de réfléchir aux choix futurs permettant d’allier quatre éléments indissociables :

la qualité du froid alimentaire;
la vente;
le confort des clients et du personnel;
l’énergie.

Une ou des solutions radicales ?

Existe-t-il un bon compromis entre ces quatre facteurs ? Il existe une ou plusieurs solutions ! Le problème est qu’elles sont évidentes, mais semblent bloquer les commerçants et les responsables « marketing » des grandes et moyennes surfaces dans leur choix de meubles frigorifiques.

Peu importe les moyens et techniques mis en œuvre, mais 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.

Confinement de l’ensemble du froid alimentaire ou pas ?

Confinement des produits frais dans une enceinte bien isolée

Meuble frigorifique ouvert.

Confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Là où on arrive à l’optimum énergétique et thermique, c’est lorsque les produits frais sont confinés dans des espaces réfrigérés et isolés des zones de vente classique tempérée. En terme de confort, naturellement, ce n’est pas l’idéal bien que finalement ce n’est qu’une question d’organisation (prévoir une petite laine en été ne pose pas beaucoup de problème). Les pionniers dans ce domaine sont bien connus et adoptent ce principe depuis des années voire plus d’une décennie. On peut dire que ce concept est passé dans les mœurs aujourd’hui. Au vu des personnes rencontrées dans ce type de magasin, toutes les couches de la population y sont représentées. Ce n’est pas nécessairement une question de « standing » comme certains pourraient le laisser entendre.

Confinement des produits frais dans une enceinte légèrement isolée et vitrée

Un autre concept a vu le jour il n’ y a pas longtemps. Dans un premier temps, on pourrait dire que la solution est mauvaise. A bien y regarder, elle se situe juste entre :

les meubles frigorifiques ouverts qui absorbent un maximum de chaleur de l’ambiance de vente global au point que même en période chaude dans certains commerces on soit obligé de chauffer;

et l’enceinte fermée et isolée du reste de l’ambiance globale de vente.

Ce concept serait-il le bon vieux compromis à la belge ?

(+)

confinement des denrées dans une enceinte séparée du reste des surfaces de vente réduisant ainsi le risque de devoir chauffer ces surfaces par apport de froid trop important comme on l’observe pour l’instant avec la prolifération des meubles frigorifiques ouverts;

la « cage » de verre est une approche marketing intéressante. Bien qu’il y fasse froid, l’impression d’inconfort est moins présente que dans une ambiance totalement occulte;

si l’on pousse le concept plus loin on pourrait envisager de placer l’éclairage en dehors de l’espace en verre et, par conséquent de réduire les apports de chaleur produits par les luminaires.

(-)

l’isolation du vitrage est relativement faible. On pourrait espérer réaliser un coefficient de transmission thermique U des parois de l’ordre de 1,1 [W/m².K]. À noter qu’une isolation de 6 cm donne, elle, de l’ordre de 0,4 [W/m².K];

les ouvertures auraient pu être des lamelles verticales ou des portes automatiques, mais pas des rideaux d’air mettant en jeu des consommations électriques supplémentaires au niveau des ventilateurs.

Meubles ouverts ou fermés ?

Meubles frigorifiques négatifs horizontaux

Le choix de fermeture simple en plexiglas sur les gondoles négatives montre une solution rapidement rentable, car elle permet de réduire les consommations énergétiques de l’ordre de 30 à 40 % par rapport à un choix de meubles ouverts. Cette solution a été retenue en amélioration par une chaîne de distribution en Belgique sans observer de baisse du chiffre d’affaire significative. Dès lors, en conception, il semble plus évident de se lancer directement dans cette voie. En effet, ce qui rebute tout un chacun est le changement. Donc si cela marche en rénovation, il ne doit pas y avoir d’obstacle majeur en nouvelle conception.

Meubles frigorifiques positifs verticaux

C’est là que les anciens Belges s’empoignèrent, car le « client roi » doit pouvoir apprécier les denrées sans contrainte d’ouverture et de fermeture de porte. La question qui se pose immédiatement est de savoir pourquoi une méthode qui semble marcher avec le froid négatif ne fonctionne pas pour le froid positif. Est-ce une question :

d’éducation à la consommation : on comprend que le froid négatif doit être confiné parce que les crèmes glacées fondent s’il n’y a pas de confinement du froid et que le froid positif peut être assimilé à la climatisation où les fenêtres peuvent rester ouvertes;

d’investissement : le nombre de mètres linéaires de ce type de meubles frigorifiques étant important cela peut éventuellement rebuter les gérants de se lancer;

C’est une des questions qui reste en suspend.

Choix énergétique progressivement intéressant
Une des solutions intéressantes dans un magasin biologique d’une commune bruxelloise est le choix de placer des lamelles en matière plastique quasi transparentes. Cette technique, selon le gérant du magasin n’a pas l’air de freiner l’achat de denrées. Pour être tout à fait objectif, il est hésitant à protéger l’ensemble de ces meubles par ce type de confinement.

Si on considère que ces lamelles arrivent au même degré de protection que les rideaux de nuit, on peut considérer que les réductions de consommations énergétiques peuvent atteindre aussi 30 à 40 %.

Exemple.

En analysant le graphique suivant issu d’une simulation (TRNSYS) de 50 mètres linéaires de meubles frigorifiques ouverts et verticaux maintenant aux frais des produits laitiers, on constate qu’en retirant les 7 000 [W] d’apport interne dû à l’éclairage pendant l’ouverture du magasin, le simple fait de placer des rideaux de nuit, on réduit de l’ordre de 40 % la demande en puissance de l’évaporateur à la machine de froid

simulation (TRNSYS) de 50 mètres linéaires de meubles frigorifiques ouverts et verticaux

Si l’on considère que les protections de jour peuvent être assimilées à celle de nuit au niveau de la performance, on peut effectivement réduire de 40 % (dans ce cas-ci) les consommations énergétiques de l’installation de froid alimentaire.

Le choix délibéré de meubles frigorifiques verticaux positifs fermés par des portes vitrées pose naturellement le problème des prix.

Le choix des meubles

On n’insistera jamais assez sur la priorité à donner sur le choix de meuble frigorifique fermé !

Le choix des meubles frigorifiques s’inscrit presque toujours dans un cadre de sur-mesure pour les commerces de détail. Pour les moyennes et grandes surfaces, ce choix peut se réaliser dans des gammes plus standards. Quoi qu’il en soi, la motivation première, comme on l’a vu, est toujours liée à la conservation des denrées dans un environnement « hostile » pour elles.

Selon les différents critères énoncés ci-avant, 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 ?
…

Pour les marques reconnues sur le marché des meubles frigorifiques, la classification EUROVENT aide à standardiser les catalogues. Les fabricants classent donc les meubles par rapport :

aux conditions d’ambiance de la zone de vente dans laquelle le meuble sera placé (classe d’ambiance);
aux conditions de conservation des denrées au sein du meuble (régime de température des « paquets les plus chauds, les plus froids, …);
à leurs dimensions (nombre de mètres linéaires, hauteur, …);
au nombre d’étagères;
à la présence d’éclairage;
…

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Pour en savoir plus sur le classement des meubles frigorifiques ouverts selon EUROVENT, cliquez ici !

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Pour en savoir plus sur le classement des meubles frigorifiques fermés selon EUROVENT, cliquez ici !

Température

La puissance frigorifique est donc toujours liée à une température d’évaporation qui permet de tenir la température de consigne au sein du meuble frigorifique. Le tableau suivant donne un aperçu des températures d’évaporation couramment rencontrées dans le froid alimentaire en fonction des températures de conservation.

Type de meuble	Température de service interne au meuble frigorifique [°C]	Température de l’évaporateur[°C]
Froid positif	+ 6/+8	– 3 à – 5
	+ 4/+ 6	– 4 à – 10
	+ 2/+ 4	– 6 à – 12
	0/+ 2	– 8 à – 14
Froid négatif	– 18/- 20	– 30 à – 35
Froid négatif	– 23/- 25	– 33 à – 38

Appréhender les dépenses énergétiques

L’évaluation du bilan thermique et énergétique permet de préciser la puissance frigorifique nécessaire pour combattre les agressions thermiques du meuble. La puissance frigorifique appliquée à des meubles linéaires et rapportée au mètre linéaire en [W/ml] est un ratio important souvent utilisé par les professionnels pour comparer la performance de différents meubles de même type, mais de marque différente (voir certification EUROVENT). Dans le cadre d’un dimensionnement, les bureaux d’étude ou fabricants s’appuient sur ces valeurs.

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Pour en savoir plus sur l’évaluation du bilan énergétique des meubles frigorifiques, cliquez ici !

Pour se rendre bien compte de l’impact de son choix de meuble frigorifique en froid positif et négatif, il est nécessaire de rappeler brièvement les différents apports qui influencent les consommations énergétiques des meubles, à savoir :

les apports externes;
les apports internes.

Apports externes

Les agressions externes représentent une bonne partie des apports thermiques. Elles sont dues aux conditions d’ambiance (température et humidité) des zones de vente entourant les meubles.

On retrouve principalement :

les apports de chaleur par les parois (convection de surface et conduction au travers des parois);
les apports de chaleur par les ouvertures libres via ou pas le rideau d’air (induction de l’air de l’ambiance);
les apports de chaleur par rayonnement des parois de l’ambiance avec celle du meuble.

Apports internes

Pour maintenir le meuble à température et dans des bonnes conditions de fonctionnement ainsi que pour rendre les denrées attrayantes, des apports internes sont produits.
On retrouve principalement :

les apports de chaleur par l’éclairage ;
les apports de chaleur par l’intégration des moteurs des ventilateurs dans le réseau de distribution d’air du meuble (le moteur chauffe);
les apports de chaleur des cordons chauffants ;
les apports de chaleur ponctuels par les systèmes de dégivrage .

Évaluation théorique des consommations journalières

L’évaluation théorique du bilan énergétique journalier prend en compte les modifications de régime des apports thermiques tels que l’éclairage pendant la journée, la réduction de l’induction lors de la mise en place du rideau de nuit après la fermeture du magasin, les dégivrages, …, sur une période de 24 heures. Cette période est la même que celle utilisée par EUROVENT pour caractériser les meubles frigorifiques.

Meuble frigorifique vertical positif : bilan énergétique journalier.

Meuble frigorifique négatif : bilan énergétique journalier.

EUROVENT site

Les certifications énergétiques sont en général des initiatives volontaires de la part des constructeurs pour permettre aux bureaux d’études, fournisseurs et utilisateurs de choisir correctement leurs équipements en comparant des pommes avec des pommes dans le cadre d’une concurrence saine. Une certification est accordée à un fabricant lorsque l’équipement testé selon un protocole de mesure préétabli, identique pour tous les équipements de la même famille et basé sur les normes EN en vigueur.

Caractéristiques certifiées

Dans le domaine de l’HVACR (Heating Ventilation Air Conditioning and Refrigeration), une certification qui donne une bonne garantie de qualité notamment au niveau énergétique est EUROVENT. Les exigences des fabricants, à savoir la puissance, la consommation d’énergie et le niveau sonore sont correctement évalués dans le cadre de la demande de certification, et ce, conformément aux normes EN en vigueur.

Pour les meubles frigorifiques, la certification EUROVENT porte plus particulièrement sur les caractéristiques de performances énergétiques suivantes :

la consommation d’énergie électrique de réfrigération REC (du groupe de froid) en [kWh/j];
la consommation d’énergie électrique directe DEC (avec 12 heures d’éclairage) en [kWh/j]. Attention que pour les meubles à groupe de condensation incorporé, DEC est égale à la somme de toutes les énergies électriques consommées par le meuble frigorifique incluant l’énergie du compresseur ;
la consommation d’énergie électrique totale TEC en [kWh/j], avec :
- TEC pour les meubles à groupe de condensation séparé = REC + DEC ;
- TEC pour les meubles à groupe de condensation incorporé = DEC.

Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques des meubles frigorifiques ouverts, cliquez ici !
Évaluer	Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques des meubles frigorifiques fermés, cliquez ici !

Valeurs européennes moyennes TEC / TDA

Le tableau ci-dessous donne un exemple des valeurs moyennes des consommations pour le marché européen. Les valeurs ont été collectées et moyennées par le groupe WG14 d’Eurovent / Cecomaf sur la base des chiffres fournis par les fabricants et l’expérience terrain.

Les valeurs ont été établies pour les classes de température des paquets M définies en laboratoire :

Famille de meubles	Classe de température du meuble (classe de l’ambiance + denrée)	Moyenne européenne TEC /TDA [kWh/jour.m²]
Pour meubles à groupe de condensation incorporé
IHC1, IHC2, IHC3, IHC4	3H2	8,2
IHC1, IHC2, IHC3, IHC4	3H2	9,6
IVC1, IVC2, (IVC3)	3H2	17,3
IVC1, IVC2, (IVC3)	3H2	21,0
IVC4	3M1	13,9
IHF1, IHF3, IHF4	3L3	21,5
IHF1, IHF3, IHF4	3L1	36,0
IHF5, IHF6	3L1	17,8
IVF4	3L1	30,5
IYF1, IYF2, IYF3, IYF4	3L3	32,3
IYM6	3H2/3L1	25,3
Pour meubles à groupe de condensation séparé (à groupe extérieur)
RHC1	3H	6,2
RHC1	3M2	6,7
RHC3, RHC4	3H	5,5
RHC3, RHC4	3M2	5,8
RVC1, RVC2	3H	10,1
RVC1, RVC2	3M2	12,3
RVC1, RVC2	3M1	13,4
RVC3	3H	13,8
RHF3, RHF4	3L3	13
RVF4	3L1	28,5
RVF1	3L3	29

H = horizontal
V= vertical
Y = combiné
C = réfrigéré
F = surgelé
M = multi-température
A = assisté
S = libre service
R = groupe de condensation séparé
I = groupe de condensation incorporé

Source EUROVENT.

Consommation énergétique certifiée

Actuellement, la plupart des constructeurs, comme le montre le chapitre précédent, se fient aux résultats donnés par la certification EUROVENT. La méthode d’essai est très précise et permet, entre autres, de déterminer :

la qualité du meuble pour maintenir les températures escomptées à l’intérieur du volume utile de chargement ;
les consommations énergétiques globales.

Les essais sont réalisés dans des conditions de températures et d’humidité précises.

Exemple.

Un meuble RVC1 travaillant dans une classe de température 3H2 signifie que :

le type d’application est 1; à savoir : Réfrigéré, semi-vertical
la température et l’humidité de l’ambiance dans laquelle est plongé le meuble est :

Classes de climat des chambres test	Température sèche [°C]	Humidité relative [%]	Point de rosée [°C]	Humidité absolue [g_d’eau/kg_{air sec}]
0	20	50	9,3	7,3
1	16	80	12,6	9,1
2	22	65	15,2	10,8
3	25	60	16,7	12
4	30	55	20	14,8
5	27	70	21,1	15,8
6	40	40	23,9	18,8
7	35	75	30	27,3
8	23,9	55	14,3	10,2

les températures souhaitées au niveau des denrées sont :

Classe de température des paquets tests	La plus haute température du paquet test le plus chaud doit être < [°C]	La plus basse température du paquet test le plus froid doit être > [°C]	La plus basse température du paquet test le plus chaud doit être < [°C]
L1	-15	–	-18
L2	-12	–	-18
L3	-12	–	-15
M1	5	-1	–
M2	7	-1	–
H1	10	+1	–
H2	10	-1	–

pour un type de meuble précis, on détermine la consommation énergétique moyenne :

Famille de meubles	Classe de température du meuble (classe de l’ambiance + denrée)	Moyenne européenne TEC /TDA [kWh/jour.m²]
Pour meubles à groupe de condensation séparé
RVC1, RVC2	3H	10,1

H = horizontal
V= vertical
Y = combiné
C = réfrigéré
F = surgelé
M = multi-température
A = assisté
S = libre service
R = groupe de condensation séparé
I = groupe de condensation incorporé

Source EUROVENT.

La valeur de 10,1 [kWh/jour.m²] est donc une consommation moyenne établie pour l’ensemble des meubles verticaux positifs à groupe de froid séparé et à étagères.

Lorsqu’on analyse de plus près un cas spécifique de meuble, EUROVENT donne les valeurs suivantes pour un RCV1 3H2 :

Modèle

Réfrigérant

Agencement interne

Nombre d’étagères

Rideau de nuit

DEC pour 12 heures d’éclairage [kWh/jour]

REC [kWh/jour]

Surface totale d’exposition

TDA [m²]

TEC/TDA [kWh/jour.m²]

…

R404A

TNLS (ou étagères horizontales non éclairées

1 ou 2

non

6,46

27,7

2,73

12,5

Sachant que ce type de meuble a une ouverture TDA de 2,73 [m²] pour une longueur L de 2,95 [m], on peut évaluer la puissance moyenne absorbée par le meuble. Soit :

P_moyen = TEC x (TDA / L) / 24 [kW/ml] (où ml = mètre linéaire)

P_moyen = 12,5 [kWh/jour.m²] x (2,73 [m²] / 2,1 [m]) / 24 [h/jour]

P_moyen = 0,670 [kW/ml]

Tout ceci signifie que les essais aboutissant à une certification du meuble frigorifique sont réalisés dans des conditions d’ambiance tout à fait particulières. Cette certification est naturellement nécessaire pour permettre aux bureaux d’études en technique spéciale 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.

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.

Exemple.

Un commerçant aimerait investir dans un meuble frigorifique vertical ouvert pour une application en froid positif. Un catalogue de fabricant propose différentes longueurs disponibles pour ce type d’application. La proposition suivante fait l’affaire du commerçant : 3H1 MNLS L250.

Puissance

Classe 3 – 25°C / 60 % d’humidité relative
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	W/m	Puissance frigorifique [W]
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	W/m	L125*	….	L250	L375
	3M2	HLNS	-8	1 245	1 555	…	3 110	5 495
	3H2	HLNS	-4	1 120	1 400	…	2 810	4 950
…	…	…	…	…	…	…	…	…
	3M1	HLNS	-9	1 695	2 120	…	4 240	6 355
	3M2	HLNS	-6	1 460	1 825	…	3 650	5 480
	3M2	MNLS	-8	1 715	2 145	…	4 285	6 425
	3H1	HLNS	-3	1 380	1 720	…	3 450	5 170
	3H1	MNLS	-4	1 535	1 915	…	3 840	5 755

HNLS = avec étagères non éclairées
MNLS = avec miroir et étagères non éclairées

* Longueur de meuble [L125 = 125 cm]

Source Constan.

On se rend compte que la puissance frigorifique spécifique du meuble retenu est de 1 535 [W/m].

Remarque : énergie

Dans le cadre d’une campagne de dimensionnement énergétique, on prévoit de déterminer, sur base de la puissance spécifique donnée dans le catalogue, la consommation énergétique journalière [kWh/jour.m²] du meuble et de la comparer à la valeur moyenne européenne TEC/TDA pour le même type de meuble. Le site d’EUROVENT donne pour ce type de meuble une consommation TEC/TDA de 9,05 [kWh/jour.m²] à comparer à la valeur européenne moyenne TEC/TDA qui est de 13,8 [kWh/jour.m²]. A première vue, ce type de meuble répond correctement aux critères énergétiques donnés par EUROVENT.

Attention qu’il est important de connaître la puissance des meubles éclairage compris. En effet, le calcul du TEC/TDA tient compte de la consommation de l’éclairage à raison de 12 heures par jour. Or dans l’exemple pris, les consommations d’éclairage sous les étagères ne sont pas reprises. Le constructeur renseigne :

une puissance supplémentaire à ajouter à la puissance froid de 30 [W/ml]. Pour ce type de meuble, si on considère 5 étagères, le supplément de puissance dû à l’éclairage est de 30 [W/ml] x 5 = 150 [W/ml]. Le catalogue nous renseigne une hauteur de meuble de 1,8 [m]. La valeur de la consommation pour 12 heures de fonctionnement par jour de l’éclairage est alors de :

TEC / TDA = ((150 [W/ml] x 12 [heures/jour]) / 1,8 [m]) + 9,05 [kWh/m².jour]

TEC / TDA = 1 000 [Wh/m².jour] + 9,05 [kWh/m².jour]

TEC / TDA = 10,05 [kWh/m².jour]

On constate que le rapport TEC/TDA du meuble considéré reste toujours en deçà de la valeur de 13,8 [kWh/jour.m²] proposée par EUROVENT.

une température d’évaporation à abaisser en fonction de la présence ou pas d’éclairage. pour chaque lampe présente sous les étagères, il faut abaisser la température d’évaporation de l’ordre de 0,5°C avec une limite basse de -10°C.

Puissance spécifique pour différents types de meubles

Suivant le type de meuble frigorifique, la puissance spécifique est la puissance frigorifique à l’évaporateur par mètre linéaire de meuble, unité souvent rencontrée dans le froid alimentaire.

Comme on l’a vu plus haut, une manière souvent utilisée pour classifier les meubles frigorifiques, est de se baser sur la puissance frigorifique spécifique ou la puissance frigorifique par mètre linéaire ou par module de porte en fonction des conditions classiques définies par EUROVENT (température d’ambiance de 25°C et une humidité relative de 60 %).

Meuble frigorifique à applications positives

Famille de meubles	Surface d’exposition [m²/ml]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Vitrine service par le personnel en convection naturelle	0,8	2 à 4	0,2 à 0,25
Vitrine service par le personnel en convection forcée	0,8	2 à 4	0,25 à 0,28
Comptoir horizontal self-service en convection	0,9	0 à 2	0,4 à 0,43
Meuble vertical self-service en convection forcée	1,3	4 à 6	1,2 à 1,3

Meuble frigorifique à applications négatives

Famille de meubles	Type de rideau d’air	Surface d’exposition [m²/ml] ou [m²/porte]	Température de service [°C]	Puissance frigorifique spécifique [kW/ml]
Gondole self-service en convection forcée	horizontale, asymétrique, laminaire	0,8	-18 à -20	0,42 à 0,45
Vitrine service par le personnel en convection forcée	horizontal, asymétrique, laminaire	1,1	-23 à -25	0,63 à 0,67
Meuble vertical self-service en convection	verticale, à 3 flux parallèles, turbulents	1,1	-18 à -20	1,9 à 2,1
Meuble vertical self-service en convection forcée	portes vitrées, rideau d’air interne turbulent	0,84	-23 à -25	0,8 0,86

Variation des paramètres de dimensionnement par rapport à la classe d’ambiance

Cas d’un type de meuble vertical positif

La puissance frigorifique et la température d’évaporation varient en fonction de la température et du taux d’humidité de l’ambiance dans laquelle les meubles seront placés (classe d’ambiance). En général, la classe d’ambiance qui est prise comme référence pour les essais en laboratoire (EUROVENT utilise cette classe) est la classe 3 (25°C, 60 % d’humidité relative).

Exemple.

Le tableau suivant montre les variations de puissance et de température et sert de référence au dimensionnement dans ce cas-ci des meubles verticaux positifs ouverts.

Φ₀: puissance frigorifique en classe 3 T₀ : température d’évaporation en classe 3 T_min : température de service en classe 3
Classe d’ambiance	Température d’ambiance	Humidité d’ambiance	Facteur de correction de la puissance frigorifique	Correction de la température d’évaporation
	[°C]	[% HR]
2	22	65	Φ₀x 0,88	T₀+ 1,5°C	T_min+ 1,5°C
3	25	60	Référence
4	30	55	Φ₀x 1,22	T₀– 2,5°C	T_min– 2,5°C
6	27	70	Φ₀x 1,22	T₀– 2,5°C	T_min– 2,5°C

Source Constan.

Cas d’un type de meuble mixte négatif

La puissance frigorifique et le nombre de dégivrages varient en fonction de la température et du taux d’humidité de l’ambiance dans laquelle les meubles seront placés (classe d’ambiance). Tout comme les meubles à applications positives, la classe d’ambiance qui est prise comme référence pour les essais en laboratoire (EUROVENT utilise cette classe) est la classe 3 (25°C, 60 % d’humidité relative).

Exemple.

Le tableau suivant montre les variations et de nombre de dégivrages et sert de référence au dimensionnement dans ce cas-ci des meubles verticaux mixtes négatifs.

Φ₀: puissance frigorifique en classe 3 T₀ : température d’évaporation en classe 3 T_min : température de service en classe 3
Classe d’ambiance	Température d’ambiance	Humidité d’ambiance	Facteur de correction de la puissance frigorifique	Correction de la température d’évaporation	Dégivrage
–	[°C]	[% HR]
2	22	65	Φ₀x 0,96	Référence	1
3	25	60	Référence		1
4	30	55	Φ₀x 1,2		2
6	27	70	Φ₀x 1,2		2

Source Constan.

Le choix des portes des meubles fermés

Si vos optez pour un choix de meuble frigorifique fermé, les problèmes de conservation des denrées et de consommation énergétique se simplifient énormément. Beaucoup diront que c’est aux dépens de la vente, de l’ergonomie, de la convivialité, … Il n’empêche, par une campagne de sensibilisation bien orchestrée, la réduction des consommations énergétiques couplée avec un accroissement de la garantie de qualité de conservation des denrées, dues au choix de meubles fermés peut se révéler être un outil marketing « puissant ».

La sensibilisation à l’énergie serait-elle une force de vente ? Tout pourrait porter à y croire.

Les fermetures vitrées permettent de voir les denrées. Mais il faut être correct, le rapport entre les denrées et le client n’est pas aussi puissant que lorsqu’on choisit un meuble ouvert (besoin de « toucher » très facilement les denrées).

Meuble vertical fermé self-service.

Pour les convaincus, le choix d’un meuble équipé d’une porte vitrée, même pour les applications positives, doit prendre en compte la qualité du vitrage et des châssis de porte dans le sens où :

ils garantissent le confinement de l »espace froid;
ils maîtrisent les problèmes de condensation au niveau des points froids.

Les vitrages

Les vitrages sont choisis pour éviter à la fois la condensation interne et externe, et réduire les apports externes de l’ambiance de vente par radiation principalement.

Plusieurs types de vitrage existent sur le marché. Par exemple, un fabricant de verre propose le vitrage suivant :

Le vitrage est double;

la face 2 est une couche à la fois basse émissivité et soumise à une tension DC (courant continu) permettant de réduire les risques de condensation sur la face 1;

attention que le fabricant n’aborde pas le risque de condensation sur la face 4 du vitrage lors de l’ouverture de la porte. Une hypothèse peut être émise en supposant que par convection la couche chauffante transmette sa chaleur à la face 3 et ensuite par conduction à la face 4.

On veillera donc à se renseigner :

quelles sont les consommations énergétiques des couches conductrices des vitrages ?

l’application de la tension aux bornes de la couche est-elle permanente ou peut-elle être interrompue lorsque la porte reste fermée en certains temps ?

En effet, tout apport prolongé de chaleur se répercute sur le bilan thermique et énergétique du meuble favorisant naturellement la surconsommation de la machine frigorifique.

Répartition des températures sur la face 2 du vitrage.

Connexions des alimentations des couches conductrices.

Source : Schott.

Les châssis

Les châssis sont aussi soumis au risque de condensation et de gel pour les meubles à application négative; raison pour laquelle les châssis sont équipés, eux aussi, de cordons chauffants évitant le blocage des portes au niveau des joints de porte. Il est intéressant de se renseigner si l’alimentation électrique des cordons chauffants est permanente ou pas.

Alimentation cordon chauffant.

Source Constan.

Le choix du type de rideau d’air des meubles ouverts

Comme souvent mentionné 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.

Ecart de température au niveau des meubles frigorifiques positif et négatif.

Si la décision finale ne sait pas échapper au choix d’un meuble frigorifique ouvert, il faudra prévoir en base un rideau d’air performant surtout pour les meubles verticaux qui sont beaucoup plus sensibles aux variations du taux d’induction de l’air ambiant.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’évaluation des performances énergétiques du rideau d’air, cliquez ici !

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

Les fabricants proposent généralement le choix entre un rideau d’air simple ou double tout en sachant que le rideau d’air double augmente le nombre de ventilateurs dans le meuble afin de maintenir un taux d’induction correct (un taux d’induction souvent rencontré dans la pratique se situe aux alentours des 0,1 à 0,2).

Exemple.

Le tableau suivant montre, pour un type de meuble vertical positif ouvert, les caractéristiques des ventilateurs dimensionnés pour assurer la stabilité du ou des rideaux d’air.

Standard
Nombre de rideaux d’air	Longueur du meuble [cm]	Nombre de ventilateurs	Puissance des ventilateurs [W]
1	125	2	76
	188	2	76
	250	3	114
	375	4	152
2	125	3	114
	188	5	190
	250	6	228
	375	9	342

Source Constan.

Suivant l’exemple ci-dessus, on constate que le choix du type de rideau d’air n’est donc pas anodin puisque dans certains cas la puissance des ventilateurs est plus que doublé. À noter qu’en principe la puissance frigorifique de l’évaporateur ne doit pas être renforcée puisque les ventilateurs supplémentaires sont placés en dehors de l’enceinte froide du meuble et ne participent donc pas à l’augmentation des apports internes.

Selon les dires d’un installateur, l’efficacité des doubles rideaux n’est pas probante. Néanmoins, la prudence nécessite que lors d’un projet d’acquisition de meubles frigorifiques le commerçant demande des précisions quant à la puissance frigorifique du meuble par rapport à la consommation électrique supplémentaire des ventilateurs du second rideau.

Exemple.

Le tableau suivant montre, pour un type de meuble vertical positif ouvert, les puissances frigorifiques spécifiques pour un simple ou un double rideau d’air.

Classe 3 – 25°C / 60 % d’humidité relative
Type de meuble	Classe de conservation	Aménagements internes	Température d’évaporation [°C]	Puissance froid spécifique [W/m]
rideau simple	3M2	HLNS	-8	1 390
rideau simple	3H2	HLNS	-4	1 200
…	…	…	…	…
rideau double	3M1	HLNS	-9	1 630
	3M2	HLNS	-6	1 370
	3M2	MNLS	-8	1 610
	3H1	HLNS	-3	1 295
	3H1	MNLS	-4	1 445

HNLS = avec étagères non éclairées
MNLS = avec miroir et étagères non éclairées

Source Constan.

On constate que le rideau double nécessite une puissance frigorifique plus importante de l’ordre de 15 % dans ce cas-ci.

Le choix du système de dégivrage

Quand on parle de système de dégivrage, on parle surtout d’un système d’optimisation du fonctionnement du meuble frigorifique par rapport au dégivrage nécessaire :

dans le cas des applications positives, un régulateur intégré au meuble permettra l’optimisation du temps de coupure de l’alimentation de l’évaporateur;

dans le cas des applications négatives, le même régulateur permettra d’optimiser le temps d’alimentation de la résistance électrique.

Des techniques comme la détection de la fin du palier de fusion de la glace ou du givre par exemple, permettent de réduire au maximum ce temps de dégivrage.

Le choix de la protection de nuit des meubles ouverts

L’ouverture des meubles frigorifiques sur la zone de vente est un enjeu majeur sur la gestion à la fois thermique et énergétique du meuble. Tout serait beaucoup plus simple si ces ouvertures étaient fermées par des portes isolées. Seulement, comme maintes fois signalées, l’ouverture libre des meubles est un argument visiblement de poids pour la vente. Les différentes parades pour limiter les apports par les ouvertures sont reprises dans le tableau suivant en s’inspirant de la littérature (Meubles et vitrines frigorifiques, G. Rigot; PYC édition; 2000) :

Type de meuble	Type d’application	Période de jour	période de nuit	Réduction des consommations énergétiques
Horizontal	négative	rideau d’air	rideau de nuit	8 à 15 %
			couvercle simple	15 à 30 %
			couvercle isolé	25 à 45 %
Vertical	positif	rideau d’air	rideau de nuit	12 à 30 %
	positif	rideau d’air	porte vitrée	–
	négatif	porte vitrée	porte vitrée	25 à 30 %

Rideau de nuit

En partant du principe que pour certaines applications, l’ouverture du meuble doit rester libre, les constructeurs de meubles ont développé la protection de nuit ou « rideau de nuit ».

Le fait de tirer le rideau de nuit à la fermeture du magasin transforme, en simplifiant, les apports par induction et rayonnement au travers du rideau d’air du meuble en apports par pénétration au travers d’une paroi mince ; la face interne de la paroi étant fortement ventilée (résistance thermique d’échange superficiel R_i de l’ordre de 0,43 m².K/W) et la paroi externe peu ventilée (résistance thermique d’échange superficiel R_e de l’ordre de 0,125 m².K/W). Pour une épaisseur de rideau faible (rideau synthétique l’épaisseur e de l’ordre de 3 mm) la résistance thermique du rideau est faible (R₁ = e/λ de l’ordre de 1). La résistance thermique totale de la paroi R_T est donnée par la relation suivante :

R_T = R_e + R₁ + R_i [m².K/W]

R_T = 0,043 + 0.125 + faible

R_T ~ 0,125 [m².K/W]

Le coefficient de transmise thermique global U de la paroi s’exprime par la relation suivante :

U = 1 / R_T

U = 1 / 0,125

U ~ 8 à 10 [W/m².K]

La simulation du passage d’un régime d’induction de journée à un régime par pénétration au travers du rideau de nuit en laissant l’éclairage allumé la nuit donne les résultats suivants :

On constate que la réduction des apports par induction est de l’ordre de 37 %. Des monitorings effectués dans le cadre de campagnes de mesures énergétiques menées par Enertech pour l’Ademe en France ont montré que la principale consommation de nuit des meubles frigorifiques ouverts positifs était due à l’induction. En effet, les meubles, à l’époque du monitoring n’étaient pas équipés de rideau de nuit. Leurs estimations de réduction de la consommation énergétique de nuit avec la pose de « couverture de nuit » était de l’ordre de :

35 % en période chaude;
28 % en période froide.

Ces informations recoupent d’autres résultats de campagne de mesure des consommations énergétiques.

Le choix de l’éclairage

L’éclairage intensif des meubles est-il un critère de vente ?

On sait aussi que les apports internes comme l »éclairage régissent la puissance frigorifique nécessaire au maintien des températures au sein des meubles. La présence d’éclairage au sein du meuble non seulement représente une consommation électrique en soi mais nuit aussi à la consommation énergétique des groupes de production de froid. En simplifiant, le commerçant passe deux fois à la caisse. Pour tant soi peu que l’efficacité de la production de froid ne soit pas optimisée, sa consommation énergétique sera double.

Éclairage de tablette au sein du meuble.

Le placement d’éclairage dans l’enceinte même réfrigérée est une mauvaise chose en soi. En effet, la plupart du temps, les constructeurs de meubles frigorifiques utilisent des lampes fluorescentes. Le problème est que ce type de lampes a une basse efficacité lumineuse aux basses températures comme le montre la figure suivante :

Efficacité lumineuse en fonction de la température ambiante.

Composition fronton.

Extrait d’une étude de cas

En réalisant le monitoring des consommations hebdomadaires essentiellement électriques des installations de froid alimentaire, on peut tout de suite évaluer l’influence de l’éclairage des meubles sur leur bilan énergétique.

L’étude de cas réalisée par Enertech pour l’Ademe (France) sur un supermarché de 1 500 m² nous enseigne un certain nombre de choses par rapport à cet éclairage.

Les courbes hebdomadaires et journalières nous informent que les consommations de froid positif sont principalement influencées ici par l’éclairage et le climat. En effet, on voit que l’allumage de l’éclairage perturbe nettement la production de froid. Les fronts raides descendant et montant sur le temps de midi montrent cette influence. Il faut toutefois rester prudent car on voit nettement que le climat intervient (surtout en période chaude comme c’est le cas ici).

La simulation dynamique réalisée au moyen de TRNSYS nous montre que l’éclairage est responsable de l’augmentation des consommations énergétique à hauteur de ~10 %.

Actuellement, certaines grandes surfaces effectuent des essais afin de voir quel est l’impact de la suppression de l’éclairage dans les meubles frigorifiques sur la vente. Les résultats ne sont pas encore disponibles.Les luminaires placés en dehors de l’enceinte réfrigérée, quant à eux, sont plus efficaces dans le sens où ils n’interviennent pas comme apports internes dans le bilan frigorifique du meuble mais en plus fonctionnent dans une plage de température où le flux lumineux est meilleur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Check-list d’un cahier des charges [isolation de la toiture plate]

La rénovation de la toiture plate est programmée. Voici les points essentiels que doit contenir le cahier des charges.
On sera attentif à 4 aspects du projet :

Le choix des techniques

Exigences	Pour en savoir plus
L’isolant doit idéalment se trouver du côté extérieur par rapport au support. (Pas de toiture froide ! ) (l’isolation à l’intérieur de la structure est délicate à réaliser).	Concevoir
Préférer le lestage aux autres formes de protection, si la pente et la capacité portante du support le permettent.	Concevoir
Toujours protéger la membrane d’étanchéité des rayonnements UV, sauf si celle-ci les supporte et ne risque pas de provoquer la corrosion des accessoires métalliques situés en aval.	Concevoir
Préférer un système d’étanchéité bicouche à un système monocouche, surtout si les conséquences d’une infiltration risquent d’être graves.	Concevoir
Préférer la toiture chaude à la toiture inversée.	Concevoir
Si la membrane d’étanchéité existante est neuve, envisager la toiture inversée ou combinée.	Concevoir
Une toiture inversée doit être lestée, il faut vérifier la capacité portante du support.	Concevoir
La pente minimale pour une toiture chaude doit être de 2 cm/m. La pente minimale pour une toiture inversée doit être de 3 cm/m. La pente maximale pour une toiture lestée au gravier est de 5 cm/m. La pente maximale pour une étanchéité collée à la colle bitumineuse à froid est de 15 cm/m. La pente d’une toiture jardin est de préférence nulle.	Concevoir
Vérifier si un pare-vapeur est nécessaire, et dans ce cas, le prescrire.	Concevoir
Compartimenter l’isolant d’une toiture chaude, sauf ci celui-ci est du verre cellulaire.	Concevoir
Réduire les ponts thermiques.	Concevoir

Le choix des matériaux

Exigences	Pour en savoir plus
Prescrire des matériaux agréés BENOR ou bénéficiant d’un agrément technique UBAtc.	Réglementations
Seule la mousse de polystyrène extrudé convient actuellement pour l’isolation thermique des toitures inversées.	Concevoir
Si un pare-vapeur est nécessaire dans une toiture chaude, il sera de même nature que la membrane d’étanchéité.	Concevoir
Utiliser de la colle à froid plutôt que coller au bitume chaud ou plutôt que souder à la flamme, lorsqu’il y a des risques importants en cas d’incendie.	Concevoir
Préférer l’usage du verre cellulaire complètement étanche à la vapeur, pour l’isolation thermique de locaux à température élevée et forte humidité relative (Classe de climat IV).	Techniques
Ne pas poser d’isolant à base de polystyrène sous une membrane d’étanchéité bitumineuse.	Concevoir
Préférer les membranes bitumineuses aux membranes synthétiques si on ne dispose pas d’un personnel de pose spécialisé et qualifié.	Concevoir
Choisir un isolant dont la résistance mécanique est compatible avec les contraintes d’usage de la toiture.	Concevoir

Le dimensionnement des matériaux

Exigences	Pour en savoir plus
Pour être sûr d’obtenir un coefficient de conductivité thermique U répondant aux exigences de la réglementation, il faut calculer l’épaisseur minimale nécessaire en fonction du type d’isolant choisi.	Concevoir
Pour que le pare-vapeur soit efficace, il faut que sa résistance à la diffusion de vapeur µd ait une longueur minimale en fonction du type d’isolant, du type de support et de la classe de climat intérieur des locaux couverts.	Concevoir
Le système d’accrochage du complexe de toiture (isolation-étanchéité) doit être dimensionné en fonction de l’action du vent. L’action du vent est plus importante le long des rives et aux angles de la toiture plate. Le poids du lestage doit atteindre au moins 1.5 fois l’action du vent. La résistance utile des fixations et des colles est indiquée par les fabricants sur bases d’essais réalisés suivant les directives UEAtc.	Concevoir

Les recommandations de bonne pratique

Exigences	Pour en savoir plus
Faire respecter les codes de bonne pratique, les normes, les prescriptions des fabricants et les prescriptions des agréments techniques UBAtc.	Réglementations
Vérifier le taux d’humidité du support avant réalisation et étudier les possibilités de séchage.	Évaluer
Soigner la continuité de l’isolant et sa pose.	Concevoir
Ne jamais enfermer d’humidité dans l’isolant de la toiture chaude.	Evaluer
Vérifier la compatibilité des matériaux entre eux.	Concevoir
Ne pas surchauffer les matériaux (isolant, étanchéité, métaux, …) qui perdent leurs propriétés ou s’enflamment.	Concevoir
Poser correctement un pare-vapeur continu.	Concevoir
Exiger et vérifier l’absence totale de courant d’air à travers la toiture.	Concevoir
Toujours souder les joints des membranes d’étanchéité bitumineuse.	Concevoir
Protéger les étanchéités des agressions mécaniques.	Concevoir
Prévoir un contrat d’entretien périodique lié à la garantie décennale.	Améliorer

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Isolation dans la coulisse

En conception : le mur creux à remplissage intégral

Lors du montage du mur creux à remplissage intégral, les panneaux isolants doivent être placés de manière à être jointifs entre eux mais également avec les châssis de fenêtres, avec les fondations et avec la toiture.

Le mode de construction traditionnellement utilisé en Belgique consiste à élever les maçonneries par tronçons en commençant par le parement, puis par le mur intérieur et en incluant l’isolant au fur et à mesure. Cette technique permet de dresser le mur extérieur par tronçon à partir des dalles aux différents niveaux du bâtiment et permet donc l’économie d’un échafaudage placé à l’extérieur pour le montage du parement (*).

Cette technique de construction permet de réaliser un travail correct du point de vue thermique. En effet, de par le fait que la coulisse est « bourrée » d’isolant, le remplissage intégral du creux d’un mur souffre peu des erreurs de pose; il faudrait vraiment une (mauvaise) volonté délibérée de l’entrepreneur pour que des erreurs de mise en œuvre puissent avoir une influence réelle sur le coefficient de transmission thermique réel du mur (déchets de mortiers laissés entre les panneaux, absence de protection contre les pluies en cours de chantiers, etc.).

Cependant, aucun contrôle visuel de la qualité d’exécution de l’isolation n’est possible avec cette technique.

Un contrôle de la qualité de l’isolation, de sa fixation, ainsi qu’un contrôle des crochets de liaison et des membranes d’étanchéité qui doivent être placées en attente n’est possible que lorsque la paroi est réalisée de la manière suivante :

on construit d’abord le mur porteur intérieur sur toute sa hauteur,
on y applique et fixe le matériau isolant,
on construit enfin l’ensemble du parement.

(Cette méthode est, par ailleurs, la seule acceptable pour le mur creux à remplissage partiel).

^(*) L’économie d’échafaudage dépend de l’organisation de l’entrepreneur. Certains entrepreneurs disposent de leurs propres échafaudages, d’autres doivent les louer. En principe, l’échafaudage est, de toute façon, nécessaire par la suite pour le jointoyage a posteriori de la façade. Mais cet échafaudage peut être plus léger. Pour diverses raisons, le jointoiement au fur et à mesure du montage du mur est à déconseiller au profit du jointoiement ultérieur, et ce, d’autant plus dans le cas d’un mur isolé pour lequel des exigences plus strictes sont formulées quant à la qualité des briques et du mortier mis en œuvre⁽« Eclatement de joints de mortier ». Revue CSTC n°1, janvier-mars 1986. Bruxelles.).

En conception : le mur creux à remplissage partiel

Lors du montage du mur creux à remplissage partiel, les panneaux isolants doivent être placés de manière à être jointifs entre eux mais également avec les châssis de fenêtres, avec les fondations et avec la toiture.

Pour réaliser correctement le remplissage partiel de la coulisse, on procède de la manière suivante :

on construit d’abord le mur porteur intérieur sur toute sa hauteur,
on y applique et fixe le matériau isolant,
on construit enfin l’ensemble du parement.

Il faut, non seulement, que les panneaux soient correctement pressés l’un contre l’autre mais aussi que ces panneaux soient plaqués contre le mur intérieur grâce à des ancrages spéciaux.

Une pose négligée de l’isolant dans la cadre d’un remplissage partiel du creux détériore fortement le coefficient de transmission thermique réel d’une paroi. En effet, l’espace disponible dans le creux du mur autorise, en cas de pose négligée, une rotation spontanée de l’air autour des panneaux, même lorsque ces derniers sont quasi jointifs dans le plan vertical. Un espace de 5 mm suffit à obtenir cet effet néfaste.

Pour illustrer ce propos, voici des résultats de mesures de coefficients de transmission thermique (U) moyens réels, effectués par la KUL, sur des murs creux où la mise en œuvre de l’isolant a été soignée et sur les mêmes murs creux où la mise en œuvre a été exécutée sans soin particulier et ce, pour des murs creux isolés avec remplissage partiel.

	U_théorique (W/m²xK)	U_pratique (W/m²xK)
Pas d’isolant dans le mur creux	1,34	1,35
Remplissage partiel du creux
Pose correcte de l’isolant.	0,42 à 0,49	0,54 à 0,61
Pose déficiente de l’isolant.	0,42 à 0,49	0,99

En conclusion

L’application et la fixation de l’isolant au mur intérieur préalablement à la construction du parement doit tendre à se généraliser sur tous les chantiers. Cette méthode de construction est d’ailleurs recommandée par la norme NBN B 24-401(**).

(**) : « Il est conseillé de maçonner d’abord la feuille intérieure (mur portant) et ensuite la feuille extérieure (parement) pour garantir un bon placement de l’isolation et une exécution des joints sans bavure ».

^(**) « Exécution des maçonneries ». IBN. Bruxelles – juin 1981.

En rénovation : l’isolation par injection

Principe

Des mousses obtenues par moussage sur chantier de deux composants sont injectées au moyen d’un pistolet dans la coulisse du mur creux au travers de petits orifices pratiqués dans le mur extérieur. Ces mousses se gélifient en place dans la minute qui suit l’injection. Les orifices sont refermés.

Les différents isolants utilisés sont :

la mousse d’urée-formaldéhyde (UF),
la mousse de polyuréthanne (PUR),
les perles de polystyrène expansé (injectés en même temps qu’une colle).

Avantages

L’isolation thermique s’adapte aux interstices de forme irrégulière.

Inconvénients

La mousse d’urée-formaldéhyde (UF) peut provoquer des allergies chez certaines personnes. Si elle est mise en œuvre, il faut assurer une parfaite étanchéité à l’air de la paroi interne du mur.

La mousse d’urée-formaldéhyde (UF) est légèrement capillaire. Cependant cette légère capillarité ne donne pas obligatoirement lieu à des problèmes, car son retrait important permet à l’eau qui aurait traversé le mur de parement de s’écouler sans atteindre l’isolant.

Le contrôle du remplissage est assez difficile à réaliser (éventuellement par thermographie).

L’injection doit être réalisée prudemment par du personnel formé pour maîtriser les pressions exercées par l’expansion de l’isolant sur les faces internes de la coulisse.

En rénovation : le remplissage par insufflation des isolants en vrac

Principe

Un matériau isolant en vrac est insufflé par une machine dans la coulisse du mur creux, soit par des orifices percés dans l’une des parois, soit par le haut depuis les combles. Les éventuels orifices sont ensuite refermés.

Les différents isolants utilisés sont :

la laine minérale (de roche ou de verre) hydrofugée en flocons,
des perles de polystyrène expansé,
des perles de perlite siliconée.

Avantages

Le produit isolant est mis en place à l’état sec.

Inconvénients

Les isolants en vrac se tassent avec le temps.

Le contrôle du remplissage est assez difficile à réaliser (éventuellement par thermographie).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Échangeur à plaques instantané

Technologies

Un échangeur instantané à plaques est, par définition, un préparateur d’eau chaude sans capacité de stockage. C’est l’eau du réseau de chauffage (en provenance de la chaudière) qui chauffe l’eau sanitaire dans un serpentin tubulaire, au moment des besoins.

Les capacités de chauffage sont fabuleuses… pour autant que la chaudière suive !

Exemple.

Pour un débit au primaire de 14 m³/h au régime 90/45°C, on peut réchauffer environ 230 litres par minutes, de 10 à 55°C.

Mais la puissance chaudière doit être de :

14 m³/h x 1,16 kWh/m³ x (90 – 45) = 730 kW !

Soit l’équivalent de la puissance de chauffage de 30 habitations domestiques…

Et l’alimentation hydraulique doit suivre entre la chaudière et l’échangeur.

De plus, la régulation doit être très souple pour suivre instantanément les variations de la demande. De là, l’adjonction fréquente d’un ballon tampon :

Pour résoudre à la fois ce besoin élevé de puissance et cette régulation sensible, on greffe un ballon tampon sur le secondaire de l’installation.

Échangeur extérieur à la chaudière

On rencontre généralement des serpentins tubulaires en cuivre ou des échangeurs à plaques. Ces échangeurs comportent souvent des tôles déflectrices formant chicanes, dispositifs servant à améliorer les échanges des deux circuits d’eau.

Le raccordement se fait sur l’aller du circuit de chauffage, comme tout corps de chauffe.

Échangeur incorporé à la chaudière

Si la capacité de la chambre d’eau est suffisamment importante, on l’utilise parfois comme échangeur de chaleur.

Les branchements sur la chaudière sont alors réalisés de telle façon qu’en hiver, lorsqu’il y a soutirage d’importantes quantités d’eau chaude sanitaire, c’est toute la puissance de la chaudière qui serve au réchauffage de cette eau. On parle de régulation en « eau chaude sanitaire prioritaire ».

Avantages et inconvénients

Les avantages

Les avantages d’une préparation instantanée sont liés à l’absence de stockage :

Le faible encombrement.
C’est un argument-clef si la place disponible est particulièrement réduite.

La faible charge au sol.
C’est un argument si la chaudière est prévue sous toiture.

L’absence de pertes par stockage.
Cet argument tend à devenir négligeable, vu l’isolation poussée des ballons récents.

La bonne performance hygiénique.
L’eau chaude ne stagnant pas dans le préparateur, les risques de propagation de la légionelle sont réduits.
Le faible coût d’investissement.
Cette technique est relativement peu onéreuse à installer.

Les inconvénients

Les inconvénients du préparateur instantané sont plus nombreux :

La fluctuation de la température de l’eau au niveau de l’utilisateur.
Malgré une régulation fine (PID) (à prévoir absolument), on reste limité par le temps de réponse des éléments mécaniques de l’installation qui rend les fluctuations inévitables. Il est déconseillé d’utiliser ce type de système dans un bâtiment ayant un profil de puisage discontinu.

Le rendement de production dégradé de la chaudière.
Avec une chaudière combinée chauffage-ECS, il est indispensable de maintenir la chaudière en permanence à température élevée (min 70°C) pour garantir un temps de réponse minimum lorsqu’une demande apparaît. Ceci interdit une régulation en température glissante des chaudières et n’est donc pas optimum énergétiquement, principalement avec les anciennes chaudières ou même avec des chaudières gaz atmosphériques récentes dont les pertes à l’arrêt sont importantes.

Le fonctionnement du brûleur en cycles courts.
Étant donné l’absence de réservoir tampon, chaque puisage va entraîner la mise en route de l’installation pour des temps très courts. Les temps de fonctionnement du brûleur seront donc brefs, ce qui est défavorable pour le rendement de combustion et la pollution atmosphérique.

La puissance élevée du générateur.
La production instantanée demande généralement une puissance de générateur très importante. Dans le cas d’une production d’ECS combinée au chauffage, il peut être nécessaire de surdimensionner la chaudière uniquement pour l’ECS. Ce qui serait une mauvaise utilisation de l’investissement consenti.

La puissance des circulateurs.
La perte de charge des échangeurs instantanés demande des pompes plus puissantes dont la consommation électrique n’est pas à négliger.

L’entartrage.
La température élevée au niveau des surfaces d’échange conduit à la formation rapide de tartre (inconvénient limité par l’action de la vanne trois voies qui évite que la température au primaire de l’échangeur soit en permanence à la valeur maximale).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la qualité du cycle de stérilisation

Principe de base

La base de la stérilisation s’appuie sur la qualité extrêmement élevée de ses cycles. En démarrant chaque journée dans le service de stérilisation, les opérateurs, avant de « produire » des charges stérilisées, procèdent à une série de tests de qualité sur les autoclaves :

Le test de vide pour s’assurer qu’il n’y a pas d’entrée d’air au niveau des joints des portes, des électro-vannes, de la distribution de vide, … afin d’éviter une contamination extérieure lors des phases de prétraitement et de sèchage.

Le test couramment appelé « Bowie & Dick » (charge standard composée de linge difficile à stériliser) permettant d’évaluer la qualité de la vapeur et de son pouvoir stérilisant pendant un cycle réel.

Il est donc nécessaire de disposer de matériels performants et sensibles ainsi des « matières premières » de haute qualité tels que :

l’eau osmosée,
la vapeur,
l’eau adoucie,
le vide.

Qualité de la vapeur

Le résultat du processus de stérilisation est très influencé, entre autre, par la qualité de la vapeur produite par le générateur. La production d’une vapeur de qualité irréprochable dépend naturellement de la qualité de l’eau d’alimentation du générateur.

1. Corps indésirables dans la vapeur

Selon certains constructeurs, il est important pour l’efficacité de la vapeur dans le cycle de stérilisation de réduire au maximum les traces :

De particules solides tels que les résidus de soudage et de graphite (importance de la mise en œuvre du système), les paillettes de rouille (importance de la maintenance), …

De liquides (sauf l’eau naturellement).

De gaz tels que l’hydrazine (N₂H₄: max 0,01 mg/kg de vapeur), l’ammoniac (NH₃: max 5 mg/kg de vapeur) et naturellement l’air qui constituent un isolant entre la vapeur et les micro-organismes.

D’autres résidus chimiques issus du traitement de l’eau en amont du générateur tels que les sels minéraux (max 1 mg/kg de vapeur).

2. Les condensats de vapeur

L’analyse des condensats de la vapeur donne une idée sur la qualité de la vapeur utilisée dans le cycle et de la quantité de résidus. Selon la norme EN 285: 1996 (Stérilisation, stérilisation à la vapeur d’eau, grands stérilisateurs), les concentrations en résidus ne devraient pas dépasser les valeurs reprises ci-dessous :

Qualité des condensats (valeurs maximum)
	Valeur	Unité
SiO₂	0,01	mg/kg de condensat
fer	0,1
cadmium	0,005
plomb	0,05
autres métaux lourds	0,1
chlorure	0,1
phosphate	0,1
conductivité	< 3	µSiemens/cm (à 20°C)
pH	5-7
dureté	<0,1 ou 0.18	dH ou °F

Il est clair que la plupart des résidus repris dans le tableau ci-dessus influence surtout les résultats de la stérilisation proprement dite.

En ce qui concerne l’agressivité et la corrosivité de la vapeur responsable de la détérioration du système de stérilisation et de son efficacité énergétique, il est nécessaire de contrôler régulièrement et de respecter les valeurs de conductivité, du pH et de la dureté des condensats.

3. Température

La température de la vapeur est fonction du cycle choisi lui-même programmé selon la nature de la charge (caoutchouc, linge, plastique, instruments métalliques, …). Les pertes au travers des parois du système sont proportionnelles à cette température; il sera nécessaire d’en tenir compte dans l’évaluation du bilan énergétique sachant que l’énergie perdue sera plus importante par cycle compte tenu des températures importantes mais aussi du temps de retour à la normale en fin de cycle.

4. Pression et saturation de la vapeur

Une fois le cycle sélectionné, la température est fixée. Pour que l’effet de la vapeur sur les micro-organismes soit radical, celle-ci doit impérativement être saturée; ce qui fixe la valeur de la pression à respecter en fonction de la température.

Une surchauffe de la vapeur lors de la phase « plateau » dans le cycle de stérilisation peut compromettre l’efficacité du pouvoir de destruction des micro-organismes sachant que c’est surtout l’humidification (pouvoir mouillant) de la charge à stériliser qui influence le score létale.

La table de Regnault donne les valeurs de correction de la pression en fonction des écarts de température de manière à garder en permanence une vapeur saturée sèche (titre x = 1):

T °C	Table de Regnault : pressions relatives
T °C	0,0	0,1	0,2	…	0,9
…
133	2,958	2,965	2,974		3,035
134	3,044	3,053	3,062		3,125
135	3,134	3,143	3,152		3,217
…

Dans la pratique, on ne tolèrera pas une surchauffe de 5°C pendant plus de 5 minutes au cœur d’une charge à stériliser.

5. Comment évaluer la qualité de la vapeur?

Au niveau de la maintenance technique

On évaluera régulièrement la qualité de la vapeur par une analyse des condensats afin de mettre en évidence des problèmes de corrosion, d’entartrage, … De manière très simple, on peut contrôler au niveau de l’évacuation à l’égout du trop plein du séparateur (si existant) :

s’il existe des traces de rouille ou de boue visible dans l’échantillon pris,

la dureté du condensat.

Au niveau du processus de stérilisation

Selon la norme EN 554 : 1995 (Stérilisation de dispositifs médicaux – Validation et contrôle de routine pour la stérilisation à la vapeur d’eau), à chaque cycle, il est nécessaire de contrôler les températures et les pressions en fonction du temps pendant toute la durée de chaque phase. Pour s’assurer le respect des programmes de stérilisation, le régulateur de l’autoclave ajuste en permanence les niveaux de pressions et températures en fonction des données qu’il reçoit des sondes de la chambre de stérilisation. À chaque phase du cycle correspond des passages obligés pour les températures et les pressions. Tant que ces points de passages ne sont pas respectés, il est impossible d’accéder à la phase suivante, ou pire encore, on risque l’annulation pur et simple du cycle.

Exemple.

Durant la phase plateau, la norme EN 554 fixe un certain nombre de critères.

Les températures et les pressions doivent :

rester constante pendant toute la durée de la phase,
être contenues dans les limites de température; à savoir :
- température comprise entre la valeur de consigne et une limite supérieure de + 3°C par rapport à la consigne,
- pas de variation de température supérieure à 1°C sur chaque sonde,
- pas de différences de température entre deux sondes supérieures à 2°C.

Le temps d’équilibrage des sondes de température doit être :

Inférieur à 15 s si le volume de l’autoclave est < 800 litres.
Inférieur à 30 s si le volume de l’autoclave est > 800 litres.

Il est bien entendu que la régulation de la pression par rapport à la température fait en sorte de maintenir la vapeur dans des conditions de saturation très strictes.

Tout ça pour dire qu’il est difficile d’obtenir une qualité de vapeur irréprochable. A signaler aussi que la même exigence est demandée durant les autres phases tel que le maintien du vide pendant un certain temps dans la phase de prétraitement ou de séchage.

Au niveau de la validation

Actuellement, la validation du cycle et la traçabilité des charges stérilisées font partie du quotidien en stérilisation centrale. Entre autres, des programmes de validation comparent les cycles de stérilisation enregistrés à la fois par le périphérique du régulateur (ou ordinateur de bord) et par un enregistreur embarqué (appelé mouchard ou spoutnik) à l’endroit censé être le plus pollué et sensible de l’autoclave (au niveau de la purge des condensats).

Le cycle peut être invalide lorsque les écarts de température et de pression entre les enregistrements de l’ordinateur de bord et du spoutnik sont trop importants.

À noter que les enregistrements du spoutnik sont rapatriés sur ordinateur central via une connection informatique classique (RS232, USB, …).

Qualité de l’eau d’alimentation

1. L’eau osmosée

La qualité de l’eau pour la stérilisation doit être élevée afin de garantir :

L’élimination des micro-organismes dès son admission dans le générateur sachant qu’après sa transformation en vapeur le risque de trouver des micro-organismes dans la vapeur est quasi nul,

la réduction de l’agressivité et de la corrosivité de l’eau et par la suite de la vapeur.

Cette qualité est obtenue en traitant l’eau « de ville » par l’intermédiaire d’abord d’un adoucisseur puis d’un osmoseur inverse.

De nouveau, la norme EN 285 donne des valeurs recommandées pour la qualité de l’eau osmosée :

Qualité de l’eau osmosée (valeurs maximum)
	Valeur	Unité
SiO₂	1	mg/l d’eau osmosée
fer	0,2
cadmium	0,005
plomb	0,05
autres métaux lourds	0,1
chlorure	2
phosphate	0,5
conductivité	< 15	µSiemens/cm (à 20°C)
pH	5-7
dureté	<0,1 ou 0.18	dH ou °F

De plus, pour éviter le risque que la vapeur dans le générateur ne dé-ionise l’eau, la conductivité ne sera jamais inférieure à 0,5 µS/cm.

Enfin, la température de stockage de l’eau osmosée avant l’injection dans le générateur de vapeur n’excédera pas 60°C.

L’évaluation de la conductivité de l’eau à la sortie de l’osmoseur inverse est réalisée au moyen d’un conductivimètre.

2. L’eau adoucie

L’eau adoucie sert à la fois de « dégrossissage » pour la préparation de l’eau osmosée mais surtout pour l’alimentation de l’anneau liquide de la pompe à vide assurant l’étanchéité et le refroidissement de la pompe. Cette eau adoucie est préparée au niveau d’un adoucisseur (qui l’eut cru!) réduisant la dureté de l’eau de nos région à 4-8 °F.

L’évaluation de la dureté ou la mesure du titre hydrotimétrique TH de l’eau s’effectue au moyen de tigettes colorimétriques où la valeur mesure en °F donne :

< 10 pour une eau douce,
10 à 15 pour une eau légèrement dure,
15 à 25 pour une eau dure,
> 25 pour une eau très dure.

Qualité du vide

La réussite d’un cycle de stérilisation passe aussi par qualité du vide nécessaire pour les phases de prétraitement et de sèchage. En stérilisation, on peut atteindre des vides de l’ordre 30 mbar à l’aide, en général, d’une pompe à vide à anneau liquide. La qualité du vide est fonction essentiellement du type de liquide utilisé pour former l’anneau liquide (lié à sa tension de vapeur) et de sa température.

On retrouve souvent des pompes à anneau liquide à eau adoucie :

À anneau liquide.

(+)

supporte les mélanges de gaz et de liquide;
simple de conception donc de prix abordable;
résiste bien à la corrosion;
évite l’utilisation de huile et par conséquent les vapeurs d’huile nocives.

(-)

consommation d’eau importante;
le mélange à la sortie de la pompe est contaminé;
la pression de vide est limitée à 30 mbar et se dégrade vite avec la température du fluide de l’anneau liquide.

Il est nécessaire d’utiliser de l’eau adoucie car les températures au sein de la pompe à vide peuvent atteindre des valeurs ponctuelles de l’ordre de 60-70°C. Elle peut donc être entartrante (mais le risque est faible).

L’évaluation de la qualité du vide se fait au niveau :

Des enregistrements réalisés par l’ordinateur de bord en analysant si la pompe tire le vide rapidement ou qu’il lui faut un temps de plus en plus long pour atteindre la valeur requise (encore qu’il faut différentier le mauvais fonctionnement de la pompe de la fuite dans le système).

De la température de l’eau de l’anneau liquide. En effet, plus la température de l’eau est élevée, plus la vaporisation de l’eau de l’anneau liquide est importante et moins l’étanchéité est bonne (le vide est moins poussé).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Surmonter son propre découragement

Le stress organisationnel est une source importante de découragement. En effet, le stress est souvent présent quand une personne se sent impuissante à changer une situation qui lui est imposée et dans laquelle elle se sent mal.

Souvent on rumine sur les difficultés que l’on rencontre; toutefois, le stress augmente quand on rumine et par conséquent aussi le sentiment qu’il n’y a rien à faire.

Le meilleur remède est de fonctionner par objectif et de s’octroyer à soi-même les félicitations que l’on ne trouve pas à l’extérieur quand l’objectif est atteint.

Le stress se décharge dans l’action. Plus vous gardez en tête l’objectif à atteindre et plus vous considérez que la situation actuelle est bien compliquée, mais qu’elle fait partie de ce qu’il faut gérer pour atteindre le but fixé, plus vous avez des chances d’atteindre votre objectif et moins le stress lié à la situation aura un effet néfaste sur vos nerfs.

Puisque le stress se décharge dans l’action, n’hésitez surtout pas à vous mettre en route au lieu de rester sur une seule jambe en déplorant tout ce gâchis de temps.

La maîtrise de la situation diminue les effets négatifs du stress. Le fait de prendre l’initiative de changer des pratiques a un effet atténuateur sur les symptômes du stress. Mais attention, choisir de mettre en place des changements manifestement irréalistes par rapport à la situation actuelle serait un facteur de stress supplémentaire.
Il faut donc pouvoir se réapproprier quelque chose dans le déroulement de l’action et que cela soit couronné d’effet. Échouer dans ses objectifs est une preuve supplémentaire qu’on n’a pas de pouvoir.
On peut se souvenir qu’on gère plus facilement un stress quand on veut vraiment maîtriser quelque chose dans un processus qui semble nous échapper.

Et puis, le stress induit souvent des tensions musculaires qu’il est recommandé de relâcher en s’étirant comme les chats, en respirant consciemment et régulièrement et en permettant à son corps de bouger. Allez donc dans les couloirs, rencontrez d’autres personnes, peut-être ces utilisateurs que vous ne connaissez que par les images que d’autres vous ont données d’eux, essayez de téléphoner à ce décideur qui ne vous entend pas, prenez rendez-vous, …

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Toiture chaude

Généralités

La toiture chaude désigne la toiture plate dont l’isolant est placé sur le support sans lame d’air entre les différentes couches.

L’isolant est recouvert par la membrane d’étanchéité, qui le protège. Il reste donc sec et conserve ainsi toutes ses caractéristiques thermiques.

Dans la plupart des cas un écran pare-vapeur doit être interposé entre le support et l’isolant. (En cas de rénovation, il peut s’agir de l’ancienne étanchéité que l’on décide de conserver).

Le lestage n’est pas nécessaire. L’isolant et la membrane peuvent être fixés mécaniquement ou par collage. Il est dans ce cas relativement léger, et peut être appliqué sur des structures existantes qui ne supportent pas une augmentation de charge.

Cas particulier : la toiture compacte

Dans une toiture compacte, l’isolant en plaques de verre cellulaire est directement collé sur le support dans un bain de bitume chaud. Les joints entre les plaques sont remplis de bitume. L’étanchéité est ensuite collée en adhérence totale sur l’isolant, soit à la flamme, soit au bitume chaud.

Cette toiture forme un ensemble étanche exempt de couche susceptible de véhiculer l’air ou l’eau. En cas de défectuosité locale, l’eau ne s’infiltre pas. Les désordres sont limités.
On peut en général renoncer au pare-vapeur du fait que l’isolant et les joints entre plaques sont étanches à la vapeur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Auditer rapidement l’enveloppe

L’isolation

Repérer le problème	Projet à étudier	Rentabilité
Les coefficients de transmission thermique U des différentes parois sont-ils inférieurs aux Umax recommandés par la PEB ?	Améliorer l’isolation thermique des parois existantes	+ à + + + En fonction du niveau d’isolation de base
Les ponts thermiques sont-ils évités ?	Améliorer les nœuds constructifs	+ +
Toiture non isolée ? Isolation de la toiture en bon état ? Si toiture plate, étanchéité existante en mauvais état ?	Isoler la toiture L’étanchéité est-elle de toute façon à refaire prochainement ?	+ + + Économie : 10 litres fuel/m² TR : 5…15 ans (si on doit ou non refaire l’étanchéité)
Plancher du grenier inoccupé non isolé ?	Isoler les combles	+ + + TR : 3…5 ans
Mur extérieur non isolé ? Présence de pignons aveugles ? (= grandes surfaces sans fenêtres) Pignons sensibles aux intempéries ou en mauvais état (béton, joints dégradés) ?	Isoler le mur par l’extérieur derrière bardage ou crépis Évaluer le risque de créer un pont thermique	+ Économie : 10 litres fuel/m² TR : 5 .. 25 ans Rentabilité élevée si pignons aveugles et/ou si nécessité de protéger le mur des intempéries
Mur extérieur non isolé ? Mauvaise qualité de ventilation ? Présence de moisissures ? (= sensibilité à la condensation de vapeur d’eau)	Isoler le mur par l’intérieur Evaluer le risque de créer un pont thermique Eviter l’isolation par l’intérieur si production de vapeur d’eau (douches, cuisines, …)	+ TR : 5 à 25 ans si isolation par l’intérieur
La dalle de sol située au-dessus d’un vide ventilé ou de l’extérieur est-elle suffisamment isolée ?	Isoler le plancher par l’extérieur	+ Économie : 10 litres fuel/m² TR : fonction de l’accessibilité
Isolation de la paroi extérieure au dos des radiateurs ?	Coller un isolant avec couverture réfléchissante au dos du radiateur	+ + + TR : de 1 à 3 ans

L’étanchéité à l’air

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

Un test d’étanchéité à l’air a-t-il été réalisé ?

Les valeurs v50 et n50 sont-elles connues ?

Envisager la réalisation d’un test d’étanchéité pour évaluer les fuites d’air

à terme

La barrière d’étanchéité à l’air est-elle clairement identifiée ?

La toiture est-elle étanche à l’air ?

Les jonctions et raccords sont-ils correctement réalisés ?

Identifier et mettre en place des dispositifs d’étanchéité à l’air dans le bâtiment

Les portes et fenêtres

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

Les coefficients de transmission thermique U des différentes fenêtres sont-ils inférieurs aux Umax recommandés par la PEB ?

Améliorer l’isolation thermique des fenêtres

Simple vitrage ?

Si le châssis est métallique, est-il à coupure thermique ?

Quel inconfort perçu par l’occupant ?

Les châssis sont-ils en bon été ? moisissures ? humidité ?

Remplacer par du double vitrage isolant

Remplacer châssis

Économie : 30 litres fuel/m²/an

TR : 20 ans mais forte amélioration du confort thermique

TR du supplément vitrage « basse émissivité » : 4 ans

Châssis étanche ? Qualité des joints ? Que se passe-t-il par grand vent ?

Inconfort des occupants ?

Quelle ventilation existante ?

Placer des joints … soit en conservant quelques joints ouverts, soit en organisant en parallèle une ventilation.

+ + +

Rentabilité élevée si actuellement jours importants.

Chauffage de l’air de ventilation = 30 % de la consommation d’un ancien bâtiment, 50% de la consommation d’un nouveau bât.

Vitrage cassé ?

Les occupants sont-ils sensibiliser aux ouverture permanentes (porte, fenêtres …) ?

Y a-t-il un sas d’entrée au bâtiment ou des fermetures automatiques ?

Remplacer le vitrage

Placer des rappels de porte automatiques

Sensibiliser les occupants

Installer un sas ou des fermetures automatiques

+ + +

Économie :
3.000 .. 5.000 litres fuel/m² d’ouverture/an

Les protections solaires

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité

Si bâtiment climatisé (ou bâtiment non climatisé mais avec surchauffe en été) : existence d’une protection vis-à-vis du rayonnement solaire ?

Les locaux climatisés et orientés à l’est, au sud ou à l’ouest sont-ils équipés de protections solaires extérieures ?

Installer une protection solaire extérieure (…150 à 250 Euros/m² de store…)

Coller un film réfléchissant

Gains : diminution des surchauffes ou économie de climatisation de l’ordre de 2,5 Euros/m²/an au sol de local climatisé.

Les stores extérieurs sont-ils automatisés ?

Automatiser les protections solaires mobiles

Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

L’audit d’un bâtiment existant
Évaluer pour le Responsable Énergie
Calculs pour l’auditeur (xls)

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Circulateurs [Chauffage]

Les pompes in-line et les circulateurs à rotor noyé

Dans les installations de chauffage, on peut retrouver 2 types de circulateurs :

Les circulateurs à rotor noyé se retrouvent dans toutes les installations. Ils sont montés directement sur la tuyauterie. Le moteur est, en partie, directement refroidi par l’eau de l’installation. Ils sont sans entretien et de coût modeste. Leur rendement est cependant faible mais une partie de leur perte est récupérée par l’eau de chauffage.

Les pompes in-line sont aussi directement montées sur la tuyauterie mais le moteur n’est plus refroidi par l’eau du réseau de chauffage. Elles sont pourvues d’une garniture mécanique qui sépare la pompe du moteur. Le refroidissement est assuré par un ventilateur. Les pompes in-line se retrouvent principalement dans les grandes installations de chauffage ou dans les installations de refroidissement pour lesquelles la perte du moteur devient une charge calorifique supplémentaire à compenser.

Circulateur à rotor noyé et pompe in-line (les deux types de circulateur existent en version électronique).

Courbes caractéristiques

Les performances des circulateurs sont répertoriées sous forme de courbes caractéristiques reprises dans la documentation des fabricants. Attention, les données ainsi reprises sont le résultat de mesures qui, faute d’une normalisation en la matière, peuvent différer d’un fabricant à un autre.

On retrouve, dans les courbes caractéristiques, la hauteur manométrique totale (en mCE ou en bar) que peut fournir le circulateur en fonction du débit, pour chaque vitesse possible du circulateur.

On peut retrouver en parallèle, la puissance électrique absorbée par le moteur, soit sous forme de graphe pour chacun des points de fonctionnement possibles, soit sous forme de tableaux, pour chaque vitesse. Dans ce dernier cas, il est difficile de savoir à quel point de fonctionnement correspond cette puissance (est-ce ou non pour la zone de rendement maximal ?). Il n’y a pas de norme et chaque fabricant peut adopter une règle différente.

Courbes caractéristiques d’un circulateur électronique. On y repère les courbes de régulation (ici, diminution linéaire de la hauteur manométrique avec le débit) et pour chaque point de fonctionnement, on peut établir la puissance électrique absorbée. On y repère les courbes caractéristiques correspondant au régime de ralenti (de nuit). Rem : P1 correspond à la puissance électrique absorbée par le moteur, P2, à la puissance transmise par le moteur à la roue et P3, à la puissance transmise à l’eau.

Courbes caractéristiques d’un circulateur standard à 3 vitesses.

Vitesse	P1 [W]	I_n [A]
3	960	1,8
2	590	1,05
1	250	0,47

Puissance et courant nominal absorbés par le circulateur en fonction de sa vitesse.

Les circulateurs standards

On entend par « circulateur standard », un circulateur à rotor noyé dont la vitesse de rotation est réglée manuellement et reste fixe quelles que soient les conditions d’exploitation de l’installation.

On retrouve des circulateurs à 1 ou plusieurs vitesses (3 ou 4), équipés d’un moteur monophasé ou triphasé.

Circulateur à trois vitesses.

Courbes caractéristiques d’un circulateur à 3 vitesses.

Certains circulateurs (c’est valable également pour les circulateurs électroniques) peuvent être équipés d’une coquille isolante sur mesure qui diminue ses déperditions calorifiques.

On peut également y joindre un « display » permanent qui permet de visualiser en temps réel les caractéristiques électriques de fonctionnement telles que la puissance absorbée, l’ampérage, la consommation et les heures de fonctionnement, …

Circulateur équipé d’un module d’affichage des caractéristiques de fonctionnement.

Les circulateurs électroniques ou à vitesse variable

Les circulateurs électroniques ou « à vitesse variable » sont des circulateurs dont la vitesse peut être régulée en continu en fonction de la variation de pression régnant dans le circuit de distribution.

Circulateur avec convertisseur de fréquence intégré.

La régulation de vitesse est intégrée directement dans le circulateur. Elle se fait par cascade d’impulsions pour les petits circulateurs ou au moyen d’un convertisseur de fréquence (technologie semblable à celle utilisée en ventilation) pour les circulateurs de plus de 200 W.

Mode de régulation

Lorsque sous l’effet d’apports de chaleur gratuits, les vannes thermostatiques (où les vannes 2 voies de zone) se ferment, la pression dans le réseau augmente avec une influence néfaste sur le fonctionnement des vannes restées ouvertes.

Les circulateurs électroniques vont automatiquement adapter leur vitesse en fonction de la fermeture des vannes de régulation (donc en fonction des besoins thermiques). Deux types de régulation sont possibles dans ce type d’équipement :

soit la vitesse de rotation du circulateur est adaptée automatiquement pour maintenir la pression constante dans le circuit, quel que soit le degré d’ouverture des vannes des régulations,

soit la vitesse de rotation du circulateur est adaptée automatiquement en fonction de l’ouverture des vannes de régulation, en diminuant de façon linéaire la pression du circuit. Cette deuxième option est énergétiquement plus intéressante. En effet, si des vannes thermostatiques se ferment, le débit circulant dans le réseau diminue, entraînant une baisse des pertes de charge dans les tronçons communs. Le circulateur peut donc diminuer sa hauteur manométrique,

soit la vitesse est commandée par la température extérieure ou la température de l’eau. Dans les installations à débit constant (sans vanne thermostatique), la régulation du circulateur diminue linéairement la pression du circulateur quand la température de l’eau véhiculée diminue. Ce type de régulation peut être utilisée pour accélérer la coupure et la relance de l’installation (notamment pour un chauffage par le sol).

Utilisation d’un circulateur à vitesse variable : le circulateur diminue sa vitesse automatiquement pour assurer le maintien d’une pression différentielle constante en un point choisi du réseau. La solution de la prise de pression entre le départ et le retour en un point du circuit n’est pas standard pour les circulateurs à rotor noyé. La plupart de ceux-ci ne sont, en fait, pas équipés de prises de pression. Le régulateur interne à l’appareil travaille en fonction d’une mesure du courant absorbé, image de sa hauteur manométrique.

Evolution du débit du circulateur lorsque les vannes thermostatiques se ferment : le point de fonctionnement passe de B à A. Si on diminue la vitesse du circulateur en maintenant une pression constante dans le réseau : le point de fonctionnement passe de B à D. La consommation électrique du circulateur étant proportionnelle à la surface (hauteur manométrique x débit) diminue proportionnellement au débit.

Evolution du débit du circulateur, si on diminue la vitesse du circulateur en diminuant linéairement la pression dans le réseau : le point de fonctionnement passe de B à E. La consommation électrique du circulateur étant proportionnelle à la surface (hauteur manométrique x débit) diminue proportionnellement au débit.

Théories

Pour en savoir plus sur la régulation de vitesse des circulateurs en fonction de la fermeture des vannes thermostatiques.

Régime jour/nuit

Certains circulateurs électroniques permettent également la programmation d’un régime jour et d’un régime nuit. Cette dernier correspond à une vitesse de rotation fortement réduite.

Pour les circulateurs électroniques traditionnels, la commande du régime de nuit se fait par la régulation centrale de l’installation. Pour les nouveaux circulateurs à aimant permament, la régulation est intégrée au circulateur. Celui-ci diminue sa vitesse s’il mesure, en son sein, une baisse de température d’eau de 10 .. 15°C pendant 2 h. Il revient au régime normal si la température de l’eau augmente d’une dizaine de degré.

Programmation et visualisation des paramètres

Les circulateurs électroniques peuvent être programmés par télécommande infrarouge : mode et paramètre de régulation.

Ces télécommandes permettent en outre un contrôle des paramètres de fonctionnement des pompes : hauteur monométrique, débit, vitesse de rotation, température de l’eau véhiculée, puissance absorbée, … .

Coût

Le coût d’un circulateur électronique dépend de la puissance installée : pour les circulateurs de moins de 200 W, la différence de prix, par rapport à un circulateur traditionnel est faible (de l’ordre de 40 %). dès 250 W, la variation de vitesse implique plus que le doublement du prix.

Prix des circulateurs de la marque « x » (à titre indicatif).

Les circulateurs à moteur synchrone ou à aimant permanent

Les circulateurs traditionnels sont équipés d’un moteur électrique asynchrone ayant un rendement souvent médiocre.

Il existe maintenant sur le marché des circulateurs à rotor noyé équipé d’un moteur synchrone à commande électronique.

Roue et moteur d’un circulateur à moteur synchrone.

Nous ne disposons actuellement pas d’information neutre concernant les performances énergétiques de ce type de matériel. De l’avis des différents fabricants, ce type de moteur couvrira dans quelques années tout le marché.

Exemple.

Pour un point de fonctionnement de 10 m³/h et 6 mCE, voici la puissance électrique absorbée, mentionnée par les catalogues de la marque x, pour deux circulateurs de la même taille :

Circulateur électronique standard (ancienne génération)	470 W
Circulateur électronique à aimant permanent	380 W

Soit une économie de 20 %.

Pour un point de fonctionnement de 15 m³/h et 5 mCE, voici la puissance électrique absorbée, mentionnée par les catalogues de la marque y, pour deux circulateurs de la même taille :

Circulateur électronique standard (ancienne génération)	570 W
Circulateur électronique à aimant permanent	420 W

Soit une économie de 26 %. Notons que dans ce deuxième exemple, en plus du moteur, la configuration hydraulique de la roue du circulateur a également été optimalisée pour augmenter le rendement.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer la température ambiante et de surface

Types de sonde

On répertorie 3 types de sonde équipant les appareils de mesure de la température :

les thermocouples,
les thermistances (appelées aussi « CTN »),
les capteurs à résistance métallique (appelés aussi « Pt100 »).

Elles se différencient au niveau de :

l’étendue de mesure,
la précision,
du temps de réponse,
la robustesse,
la forme.

Les thermocouples

Un thermocouple se compose de deux fils métalliques de natures différentes, soudés à une de leurs extrémités. Lorsque l’on échauffe le point de contact des métaux différents et les autres extrémités à des températures différentes, il se crée entre ces points une différence de potentiel ΔV fonction de la différence de température.

Le câble de raccordement de la sonde (en cuivre) constitue un thermocouple parasite. L’erreur qui en résulte, appelée « erreur de soudure froide » (soudure Ni-Cu) doit être compensée par l’appareil de mesure ou directement dans la fiche de raccordement à l’appareil. Cette deuxième solution permet un temps de réponse plus rapide, la première solution demandant que l’appareil stabilise sa propre température.

Les « CTN »

Les sondes CTN sont basées sur la modification de la résistance électrique d’un élément en fonction de la température. Quand la température diminue, la résistance augmente.

Les « Pt 100 »

Les sondes « PT 100 » sont également basées sur le principe de la modification de la résistance électrique en fonction de la température. Dans ce cas, température et résistance évoluent dans le même sens.

On parle de « Pt 100 » car la résistance de l’élément (platine) est de 100 ohms à 0°C.

Étant donné leur extrême fragilité, les sondes Pt 100 ne sont pas utilisées sur les appareils portatifs.

Notion de précision

La précision de l’appareil de mesure ne dépend pas uniquement de la sonde. 3 éléments interviennent :

la sonde,
l’électronique de l’appareil,
l’affichage.

La précision totale = où e₁ est l’erreur commise par la sonde, e₂ par l’électronique et e₃ par l’affichage.

Exemple.

Un appareil équipé d’une sonde Pt 100 a comme précision :

pour la sonde : + ou – (0,15 + 0,002 x T) [°C] (où T est la température absolue = température réelle + 273 [°C])
pour l’électronique : + ou – 0,4 [°C]
pour l’affichage : + ou – 0,01 [°C]

Pour une température réelle de 40 °C, la précision calculée vaut donc :

Comparaison entre les sondes

Type de sonde	Précision de la sonde	Temps de réponse	Coût	Solidité
Thermocouple	+ ou – 1°C	+ (10 .. 30 sec)	+	+
CTN	> + ou – 0,5°C	0 (1 min)	0	+
Pt 100	de + ou – 0,1°C à + ou – 0,4°C	– (5 à 10 min)	–	–

+ = bon, 0 = moyen, – = mauvais.

Précision des thermocouples.

Précision des autres sondes.

Étendue de mesure des différentes sondes.

En pratique

Attention, bien que le temps de réponse de la sonde peut être rapide (thermocouple), il faut tenir compte aussi du temps de réponse de l’électronique. Pour qu’une mesure soit fiable, il faut que l’appareil électronique stabilise sa température interne. Cela peut prendre plusieurs minutes lorsque le changement d’ambiance est fortement contrasté (de l’intérieur à l’extérieur par exemple). La mesure ne pourra être considérée comme correcte que lorsque l’affichage est stabilisé.
Les temps de réponse repris dans les catalogues « t63 » ou « t99 » sont les temps de réponse pour atteindre respectivement 63 % et 99 % de la valeur réelle (t63 = t99/4). Ces données sont mesurées dans des conditions idéales. En conditions réelles, il faut multiplier cette valeur par 2 ou 3 pour obtenir le véritable temps de réponse de la sonde.
Les écarts précision montrent qu’il est difficile de comparer des mesures prises par deux appareils différents. On peut ainsi avoir plusieurs degrés d’écart entre un thermocouple et un appareil équipé d’une sonde CTN, tout en devant admettre que les deux appareils fonctionnent correctement.
La sonde CTN est la plus appropriée à des mesures d’ambiance. C’est le meilleur compromis temps de réponse / précision.

Mesure de température de surface

Sondes de contact

La température d’une surface peut être mesurée par contact direct avec cette surface, via une sonde CTN, Pt 100 ou un thermocouple.

Toute la difficulté est d’assurer un contact intime entre la surface à mesurer et la sonde. L’utilisation d’une pâte conductrice est ainsi parfois nécessaire. C’est pourquoi on n’utilise guère ces sondes en génie climatique.

Il existe ainsi des thermocouples à lamelles qui permettent par pression et déformation, un contact précis avec la surface à mesurer.

Sondes de contact.

On peut également enregistrer l’évolution de la température de l’eau dans une installation de chauffage (par exemple pour détecter les régimes de nuit) grâce à une sonde de contact fixable sur une conduite au moyen d’une bande avec velcro ou d’une pince à ressort.

Sondes Infra Rouge

Les thermomètres infrarouges permettent de mesurer la température d’une surface, sans contact. Ils conviennent particulièrement pour les mauvais conducteurs de chaleur (céramique, caoutchouc, matières synthétiques, …), pour la mesure de la température de pièces en mouvement, zones inaccessibles au toucher (plafond), des pièces sous tension électrique, …

Ces appareils ont un temps de réponse quasi instantané. Leur précision (+ ou – 2 °C) est dépendante :

Du facteur d’émission de la surface mesurée. Les appareils restent le plus souvent réglés sur une valeur standard pour la plupart des matériaux de construction. Les légères variations d’émission entre ceux-ci peuvent être source d’erreur. La mesure sur un métal nu est, elle, impossible.
De la présence de particule dans l’ambiance (brouillard de vapeur, de poussières, …).
De la propreté de la lentille de l’appareil.
De l’angle de mesure. Le résultat de la mesure est en fait une moyenne de la température de la surface vue par l’appareil. Or, celle-ci augmente avec la distance qui sépare l’appareil de l’objet à mesurer. On a donc intérêt à se trouver le plus près possible de celui-ci sous peine d’obtenir une surface de mesure trop grande par rapport à l’objet et une mesure fausse. Un viseur laser permet de mieux viser la surface à mesurer.

Angle de mesure d’un thermomètre de surface IR. Par exemple, à 50 cm de l’appareil, le diamètre de la surface de mesure peut déjà atteindre 17 cm !

Ces imprécisions rendent ces appareils inutilisables dans le cadre d’une expertise précise mais sont d’une grande utilité pour se donner une première idée de la situation. Le mieux est de combiner thermomètre infrarouge et de contact.

Thermomètre infrarouge et thermomètre infrarouge et de contact combiné.

Enregistrement de température

Il existe sur le marché des petits enregistreurs de température ambiante qui permettent de se rendre compte directement de la qualité de la régulation. Par exemple, y a-t-il souvent des surchauffes, quand apparaissent les périodes d’inconfort, y a-t-il un ralenti nocturne ? ….

Le résultat des enregistrements peut être téléchargé sur ordinateur sous forme de tableau de chiffres ou de graphes. L’enregistrement de la température ambiante peut aussi être combiné à un enregistrement d’une température d’eau distribuée, au moyen d’une sonde de contact.

Le coût de tels enregistreurs de température ambiante tourne autour des 60-100 € (sans le logiciel de traitement, qui vaut typiquement ~100 €) en fonction des possibilités de mesure (humidité relative combinée, ….). Notons que si on dispose de plusieurs enregistreurs du même type, un seul logiciel est nécessaire, ce qui diminue les coûts. À titre d’exemple, un marque dont on ne citera pas le nom propose trois capteurs de température ambiante et leur logiciel pour 300 €. Néanmoins, au regard des économies que l’on peut réaliser au moyen d’une amélioration d’une installation de chauffage ou de conditionnement d’air, le coût de tels capteurs est très souvent négligeable. En outre, les logiciels fournis sont souvent ergonomiques permettant une gestion facile des données (importation des données du capteur, lecture de ces données, modification des paramètres d’enregistrement, …).

Le coût des sondes permettant d’évaluer la température de surface est très variable. Néanmoins, à titre d’exemple, mentionnons le prix typique pour une sonde par velcro (permettant la mesure de la température de la surface des conduites de chauffage) est de 350 €, logiciel compris.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Délester les charges de certains équipements

Principe du délesteur

Lorsque l’évolution de la mesure de la pointe quart-horaire atteint un niveau critique (après les 10 premières minutes du 1/4 d’heure, par exemple), la décision de déclencher certains équipements doit être prise. C’est le rôle d’un automatisme, appelé « délesteur« . Avec rapidité et fiabilité , il commande le déclenchement et le réenclenchement des équipements pré-programmés. C’est cette fiabilité qui est recherchée à la place ou en plus des mesures organisationnelles humaines, toujours susceptibles d’un oubli…

Délesteur 4 sorties.

La fiabilité du système de mesure de la pointe 1/4 horaire du délesteur est suffisante pour ne pas rater une pointe.

La figure ci-dessous illustre ce principe, réalisé par un délesteur automatique.

Cette mise à l’arrêt ou au ralenti n’est effectuée que lorsque la puissance totale prélevée, intégrée sur la période de mesure, dépasse ou risque de dépasser le seuil limite de puissance fixé. Les décisions de déclencher et de réenclencher les équipements délestables sont prises en fonction d’un programme pré-établi avec le gestionnaire.

Que délester ?

Les équipements à considérer pour le délestage sont ceux dont l’importante inertie thermique permet de supporter des coupures d’alimentation plus ou moins longues sans mettre en péril la sécurité et la santé des occupants et sans dégradation de leur confort.

Les équipements non liés directement à une activité médicale

groupes frigorifiques en dehors des zones médicalisées,
résistances électriques de chauffage des locaux,
les appareils de cuisson à forte inertie dans une cuisine (chauffe – plats, percolateur, …). Attention, dans ce cas
les équipements de production suivi d’un « buffer » (volume tampon), par exemple pour la production d’eau glacée ou d’eau chaude sanitaire.

Mais aussi :

certains extracteurs de ventilation, par exemple dans des parkings dont une sonde CO peut interdire le délestage,
certains groupes de conditionnement d’air, par exemple pendant les heures des repas (11 h 30 à 13 h 30),
systèmes de remise à température des repas dans les unités de soins (réduction de l’appel de puissance en fonction du cycle de température,
…

Les équipements directement liés à une activité médicale

Ce type d’équipement « ne peut pas être délestés » pour la simple raison que la sécurité et la santé du patient sont en jeu. Tant pis pour la réduction de la facture énergétique à ce niveau ! Cependant, ce n’est pas une raison pour ne pas assurer une gestion énergétique saine de ces équipements par la recherche de l’URE et par un entretien adéquat.

On retrouve en général les équipements suivants:

les groupes frigorifiques des salles d’opération, de radiologie, …
les groupes de ventilation des salles d’opération, de radiologie, …
les pompes à vide,
les compresseurs médicaux,
…

Remarques

Une attention particulière doit être portée aux fonctionnements des équipements munis d’une programmation. Il ne faut, en effet, pas que la coupure de l’alimentation électrique perturbe cette dernière. Prenons l’exemple des percolateurs de grande capacité. Ces derniers présentent une puissance importante et on peut imaginer stopper leur utilisation durant les heures de pointes. Cependant, sur certains modèles, le programme recommence à zéro à chaque coupure. Cela signifie qu’ils se remplissent à nouveau d’eau, ce qui peut provoquer des débordements …

La puissance totale des appareils délestés doit évidemment être nettement supérieure à la diminution de puissance souhaitée. Par exemple, si la puissance raccordée au délesteur est le double de la puissance à délester, cela signifie que les équipements ne fonctionneront que la moitié du temps durant la période de pointe. Dans le cas du délestage des équipements de cuisine, certains bureaux d’études préconisent de raccorder au délesteur, une puissance au minimum 5 fois supérieure (les équipements délestables fonctionneront en moyenne 80 % du temps en période de pointe). Cela se définit évidemment au cas par cas en fonction de la durée et de l’ampleur de la période de pointe.

Exemple : une bâche d’eau glacée peut être utilisée dans le but de constituer un grand réservoir tampon, permettant,

d’augmenter le temps de fonctionnement des compresseurs (qui sont souvent surdimensionnés, puisque calculés pour les charges extrêmes de l’été …);

de délester le groupe frigorifique au moment de la pointe quart-horaire.

Ainsi, au CHR de Mouscron, un ancien réservoir à eau chaude sanitaire est utilisé comme réservoir d’eau glacée, ce qui permet au gestionnaire de couper sa machine frigorifique lors de la pointe !

Études de cas

La gestion de la pointe quart horaire aux Facultés Notre Dame de la Paix à Namur.

Rentabilité

Actuellement, un certain nombre d’appareils sont disponibles sur le marché avec un coût total d’acquisition (délesteur, logiciel, installation et écolage) inférieur à 5 000 €.

Le temps de retour simple (exprimé en années) est défini comme le rapport entre l’investissement consenti pour un délesteur et la réduction de consommation réalisée au bout d’une année.

Un outil de calcul vous permet indirectement d’évaluer l’impact d’une gestion de charge sur votre facture.

Calculs

Le programme de simulation du profil de consommation d’un bâtiment : cliquez ici !

Vous pouvez modifier le mode d’utilisation de certains équipements et visualiser l’impact sur la facture électrique.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Transformateurs

Transformateur sec et transformateur à huile minérale

Principe général de fonctionnement d’un transformateur

Transformateur monophasé

D’une manière simplifiée, un transformateur est composé d’un noyau magnétique (acier doux au silicium) sur lequel sont disposés deux enroulements en cuivre : l’enroulement branché sur la source d’énergie est le « primaire » et l’enroulement branché vers les récepteurs est le « secondaire ».

Les deux enroulements ont un nombre de spires (tours) différents : le plus grand est l’enroulement « haute tension (HT) » et le plus petit, l’enroulement « basse tension (BT) ».

Transformateur monophasé.

Le rapport de transformation de la tension est proportionnel au rapport entre le nombre de spires de chaque enroulement.

Transformateur triphasé

Un transformateur triphasé est composé d’un noyau à trois branches sur lesquelles sont combinés les enroulements primaires et secondaires, de façon concentrique ou alternée.

Transformateur triphasé.

Pertes d’un transformateur

Les pertes d’un transformateur se composent des pertes à vide et des pertes en charge.

Les pertes à vide (ou pertes « fer ») se produisent au sein du noyau ferromagnétique. Elles sont constantes quel que soit le régime de charge du transformateur, c’est-à-dire quelle que soit la consommation du bâtiment qui y est raccordé.

Les pertes en charge (ou pertes « en court-circuit » ou pertes « cuivre ») sont, elles, dues à l’effet Joule (perte par échauffement des fils ou feuillards parcourus par un courant), augmentées des pertes additionnelles (pertes supplémentaires occasionnées par les courants parasites dans les enroulements et pièces de construction). Elles varient avec le carré du courant ou de la puissance débitée (si la tension reste constante).

Remarque : la dénomination « pertes cuivre » date de l’époque où tous les enroulements étaient réalisés en cuivre. C’est encore le cas pour les très petites puissances. Pour les autres transformateurs, les constructeurs se sont tournés vers l’aluminium. C’est pourquoi, on parle maintenant de « pertes en court-circuit ».

On exprime donc les pertes totales d’un transformateur par :

W = W_fe+ W_cux (S/S_n)²

où :

W = pertes totales du transformateur en charge réelle [W]
W_fe= pertes fer (constantes) [W]
W_cu= pertes en court-circuit à la charge nominale [W]
S_n= puissance nominale du transformateur [VA]
S = charge appliquée aux bornes [VA]

Exemple.

Soit un transformateur de 500 kVA, ayant des pertes fer de 730 W et des pertes en court-circuit à pleine charge de 4 550 W.

Sous un cos φ de 0,9, et une charge du transformateur de 300 kW, les pertes totales sont :

W = 730 [W] + 4 550 [W] x ((300 [kW] / 0,9) / 500 [kVA])² = 2 752 [W]

Transformateurs secs

Transformateur sec enrobé : les enroulements BT et les enroulements sont concentriques et enrobés dans une résine époxy.

Les transformateurs secs sont constitués de bobinages enveloppés d’une résine époxy.
Ils peuvent alors être disposés dans une enveloppe de protection (IP 315 ou IP 235) qui permet d’isoler le transformateur du monde extérieur et d’assurer l’évacuation de la chaleur au travers de ses parois.

Les transformateurs secs présentent les meilleures garanties de sécurité contre l’incendie et contre la pollution (pas de fuite de liquide, pas de vapeurs nocives en cas d’incendie).

Les transformateurs secs peuvent être installés dans une enveloppe de protection (IP 315 ou IP 235) ou sans protection.
Dans ce cas, ils doivent être protégés contre les contacts directs.

Transformateurs à huile minérale

Dans ce type d’équipement, appelé aussi transformateurs immergés, le transformateur est disposé dans un bain d’huile qui assure l’isolation et le refroidissement.

Ces transformateurs sont moins onéreux et ont des pertes moindres. Ils présentent cependant des risques d’incendie et de pollution :

Un défaut interne peut provoquer une surpression et une déformation de la cuve telles que des fuites d’huile peuvent apparaître. Suivant les circonstances, cela peut entraîner l’inflammation de l’huile ou encore une explosion.
Les fuites d’huile peuvent aussi provenir d’un joint défectueux ou de la rupture d’une canalisation. Les huiles qui se répandent peuvent polluer la nappe phréatique. Il faut donc prévoir sous le transformateur une fosse d’évacuation ou un bac de rétention d’huile.
La combustion des huiles dégage des produits toxiques et génère des fumées opaques gênant l’intervention des secours.

Il y a encore quelques années, on commercialisait des transformateurs dits « à l’askarel ». L’huile de ces transformateurs contenait des PCB. Ces substances dégagent des émanations nocives lors d’incendies et présentent à grande concentration des dangers pour la santé humaine. C’est pourquoi la directive européenne 96/59/CE se prononce pour l’élimination des appareils contaminés ou contenant des PCB.

En 1985, l’explosion d’un transformateur à l’askarel dans un immeuble à appartement français produit des molécules toxiques (furanes et dioxines). Depuis, l’acquisition, la vente et la mise en service de transformateurs neufs au PCB ont été interdites en France.

En application de cette directive, la Région wallonne a réglementé l’élimination des transformateurs à l’askarel existants, pour au plus tard, fin 2005.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Vitrages isolants thermiques

Le double vitrage à verre clair

Le double vitrage est constitué de deux feuilles de verre assemblées et scellées en usine, séparées par un espace hermétique clos renfermant de l’air ou un autre gaz déshydraté.

Feuilles de verre.
Air et/ou gaz déshydraté.
Espaceur fixant l’espace entre les feuilles de verre.
Ouverture pour l’absorption d’humidité.
Première barrière d’étanchéité en polyisobuthylène.
Dessicant.
Seconde barrière d’étanchéité en polyuréthane, silicone ou polysulfure.

Le dessicant introduit dans l’espaceur est destiné à assécher le gaz emprisonné à la fermeture du vitrage et à absorber la vapeur d’eau éventuelle. Le bon fonctionnement des barrières d’étanchéité et du dessicant conditionne la durée de vie du vitrage.

La composition des doubles vitrages est donnée par 3 valeurs (en mm). Exemple : 4/12/4 : l’épaisseur de la feuille de verre extérieure / l’épaisseur de l’espaceur / l’épaisseur de la feuille de verre intérieure.

La garantie d’efficacité des doubles vitrages prévue dans les (ATG) est de 10 ans. Mais la durée de vie réelle est bien supérieure.

Les modes de transmission de chaleur

L’intérêt du dispositif est de bénéficier du pouvoir isolant apporté par la lame d’air ou de gaz, et de faire baisser de la sorte le coefficient de transmission thermique U de l’ensemble du vitrage.

La transmission de chaleur dans la lame d’air se fait par convection, rayonnement et conduction. Elle se fait par conduction et rayonnement dans le verre. La présence de la lame d’air permet de limiter les pertes de chaleur par conduction, la conductivité thermique de l’air (0.025 W/m.K (à 10°C)) étant nettement inférieure à celle du verre (1 W/m.K).

Caractéristiques énergétiques

Lorsqu’un rayonnement incident est intercepté par une paroi, une partie est réfléchie vers l’extérieur, une partie est absorbée par le matériau, une partie est transmise à l’intérieur. La transmission solaire du double vitrage est légèrement plus faible que celle du vitrage simple, car la chaleur qui traverse le vitrage est absorbée et réfléchie par deux couches et non une seule.

Les schémas suivants donnent les coefficients de transmission thermique U et le facteur solaire FS d’un double vitrage et d’un simple vitrage :

Simple vitrage et double vitrage.

Améliorer la performance du double vitrage ?

Une des manières de réduire le coefficient de conductivité thermique d’un double ou triple vitrage est de travailler sur l’espace interstitiel. La première idée consiste à augmenter l’épaisseur de la lame d’air. Effectivement, l’isolation augmente dans les premiers millimètres, puis l’isolation reste pratiquement constante au-delà de 14 mm. Pourquoi ? Dans le premier temps, l’air constitue un matelas, mauvais conducteur de la chaleur, mais une fois que l’épaisseur d’air s’accroît, des boucles d’échange convectives se forment entre la vitre chaude et la vitre froide… Un double châssis écarté de 20 cm n’isole pas mieux qu’un double vitrage ordinaire.

On a alors pensé à remplacer l’air par un gaz moins conducteur : l’Argon, le Krypton, … Effectivement, cela apporte un « + » à l’effet d’isolation. Mais impossible de descendre en dessous d’un U de 2,5 W/m²K.

Et pourquoi pas le vide ? Effectivement, un vide d’air permet une absence de convection et de conduction. Mais mécaniquement, les deux vitres ont du mal à résister à la pression atmosphérique et se brisent. Il faut alors placer des écarteurs… qui sont eux-mêmes des conducteurs de chaleur… Cette technique est à l’étude, mais n’a pas d’application industrielle aujourd’hui.

Reste à diminuer la transmission de chaleur par rayonnement : c’est l’idée du vitrage à basse émissivité dont nous reparlerons ci-dessous.

Caractéristique lumineuse

Le double vitrage assure un aspect neutre en réflexion et une grande transparence. Il est caractérisé par un coefficient de transmission lumineuse élevé, mais néanmoins inférieur à celui d’un simple vitrage.

Simple vitrage, TL = 90 %.

Double vitrage, TL = 81 %.

Le double vitrage « à basse émissivité »

Principe

Ce vitrage est aussi appelé vitrage à haut rendement ou vitrage super isolant. En anglais, il se nomme vitrage low-E et en France, on l’appelle vitrage à Isolation Renforcée (VIR).

L’objectif est d’augmenter le pouvoir isolant du double vitrage, c.-à-d. de diminuer son coefficient de transmission thermique U (anciennement « k »).

Vous avez dit : « émissivité » ?

Quand de la chaleur ou de l’énergie solaire est absorbée par un vitrage, elle est réémise par le vitrage, soit par convection d’air le long de sa surface, soit par radiation de la surface du vitrage vers les autres surfaces plus froides. Par conséquent, la réduction de la chaleur émise par les vitrages sous forme de radiation peut améliorer fortement ses propriétés isolantes.

La capacité d’un matériau à émettre de la chaleur de manière radiative est appelée son émissivité. Ce coefficient d’émissivité varie en fonction de la longueur d’onde du signal émis. Les fenêtres, ainsi que les matériaux que l’on trouve à l’intérieur d’un bâtiment, émettent typiquement des radiations sous forme d’infrarouges de très grande longueur d’onde. A savoir enfin que pour une longueur d’onde donnée, le coefficient d’absorption d’un matériau est égal au coefficient d’émissivité.

Les vitrages standards ont une émissivité de 0.84 sur l’entièreté du spectre. Cela signifie qu’ils émettent 84 % de l’énergie possible pour un objet à cette température. Cela signifie également qu’en ce qui concerne les rayonnements à grande longueur d’onde qui frappent la surface du verre, 84 % est absorbé et seulement 16 % est réfléchi.

Par comparaison, les couches basse-émissivité ont un coefficient d’émissivité de 0.04.

Les vitrages sur lesquels on a déposé de telles couches émettront seulement 4 % de l’énergie possible à cette température, donc absorberont seulement 4 % du rayonnement de grande longueur d’onde qui les atteint.

Autrement dit, ils réfléchiront 96 % du rayonnement infrarouge de grande longueur d’onde.

Application

Le rayonnement des matériaux du bâtiment est émis à une longueur d’onde plus élevée que ceux qui composent le spectre solaire ou le spectre d’émission des éclairages de vente.

Ondes électromagnétiques correspondant au rayonnement solaire et au rayonnement des matériaux.

La couche basse émissivité est, en général, une couche métallique, en argent par exemple, déposée sous vide et qui doit être placée à l’intérieur du double vitrage vu sa fragilité. Elle bloquera une partie du transfert de chaleur par rayonnement, diminuant ainsi le flux total de chaleur au travers de la fenêtre.

Importance de la position de la couche basse émissivité

La position de la couche basse émissivité dans un double vitrage n’affecte en rien le facteur U (ou k) de celui-ci. Donc, en ce qui concerne les pertes de chaleur par transmission, il n’y a absolument aucune différence que la couche basse émissivité soit placée en position 2 ou en position 3.

Numérotation des vitrages.

La surface d’un vitrage, dans un double ou un triple vitrage, est référencée par un nombre, commençant par le numéro 1 pour la surface extérieure du vitrage extérieur vers la surface intérieure du vitrage intérieur. La surface intérieure d’un double vitrage porte donc le numéro 4.

Par contre, le facteur solaire FS (ou le facteur de transmission de l’énergie incidente) du vitrage est influencé par la position de la couche. En effet, en plus de sa capacité à inhiber les transferts d’infrarouges à grande longueur d’onde, une couche basse émissivité absorbe aussi une certaine quantité de l’énergie solaire incidente. Cette énergie absorbée est transformée en chaleur, provoquant ainsi un échauffement du vitrage.

Si l’on cherche à diminuer la chaleur incidente (FS faible), la couche basse émissivité sera placée en face 2, la chaleur absorbée par le vitrage étant alors essentiellement réémise vers l’extérieur; ce qui devrait pouvoir théoriquement réduire les apports externes pour les meubles frigorifiques fermés. En analysant le marché des fabricants de meubles frigorifiques, il semble que ce type d’application ne soit pas développée.

Si vous êtes en possession de données contredisant ce qui précède, n’hésitez pas à nous les communiquer !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Norme NBN EN 12464-1 : lumière et éclairage des lieux de travail

Table des matières

AVANT-PROPOS

INTRODUCTION

1. Domaine d’application

2. Références normatives

3. Termes et définitions

4. Critères relatifs au projet d’éclairage

4.1	Ambiance lumineuse
4.2	Distribution des luminances
	4.2.1	Généralités
	4.2.2	Facteur de réflexion des surfaces
	4.2.3	Éclairement sur les surfaces
4.3	Éclairement
	4.3.1	Généralités
	4.3.2	Échelle d’éclairement
	4.3.3	Éclairement de la zone de travail
	4.3.4	Éclairement de la zone environnante immédiate
	4.3.5	Éclairement de la zone de fond
	4.3.6	Uniformité de l’éclairement
4.4	Maillage d’éclairement
4.5	Éblouissement
	4.5.1	Généralités
	4.5.2	Éblouissement d’inconfort
	4.5.3	Défilement contre l’éblouissement
	4.5.4	Réflexions de voile et éblouissement par réflexion
4.6	Éclairage dans les espaces intérieurs
	4.6.1	Généralités
	4.6.2	Exigences relatives à l’éclairement cylindrique moyen dans l’espace de l’activité
	4.6.3	Modèle
	4.6.4	Éclairage directionnel des tâches visuelles
4.7	Aspect des couleurs
	4.7.1	Généralités
	4.7.2	Apparence colorée
	4.7.3	Rendu des couleurs
4.8	Papillotement et effets stroboscopiques
4.9	Éclairage des postes de travail avec équipement de visualisation (DSE)
	4.9.1 Généralités
	4.9.2	Limites de luminance pour luminaires à flux lumineux inférieur prépondérant
4.10	Facteur de maintenance
4.11	Exigences relatives au rendement énergétique
4.12	Avantages supplémentaires de la lumière du jour
4.13	Variabilité de la lumière

5. Nomenclature des prescriptions relatives à l’éclairage

5.1	Composition des tableaux
5.2	Nomenclatures des zones intérieures, tâches et activités
5.3	Exigences relatives à l’éclairage de zones intérieures, de tâches et d’activités

6. Procédures de contrôle

6.1	Généralités
6.2	Éclairement
6.3	Éblouissement d’inconfort UGR
6.4	Rendu des couleurs et apparence colorée
6.5	Luminance du luminaire
6.6	Programme de maintenance

ANNEXE A (informative) – Valeurs caractéristiques de l’espacement des points de la grille
ANNEXE B (informative) – Divergences
BIBLIOGRAPHIE
INDEX des zones intérieures, tâches et activités

Introduction

Pour permettre aux personnes d’exécuter les tâches visuelles avec efficacité et précision, un éclairage adéquat et approprié doit être assuré. L’éclairage peut être fourni par la lumière du jour, l’éclairage artificiel ou une combinaison des deux.

Le niveau de visibilité et de confort requis dans un grand nombre de lieux de travail dépend du type et de la durée de l’activité.

La présente norme spécifie les prescriptions pour les systèmes d’éclairage pour la plupart des lieux de travail intérieurs et leurs zones associées en termes de quantité et de qualité de l’éclairage.

Objet

L’influence de l’éclairage est prépondérante dans le milieu du travail afin d’assurer :

la visibilité des objets et des obstacles,
la bonne exécution des tâches sans fatigue visuelle excessive,
le confort visuel.

En vue d’atteindre ces objectifs il faut :

réaliser un éclairement sur le plan de travail de façon à garantir une perception suffisante des contrastes;
équilibrer les luminances entre la tâche visuelle et son environnement;
garantir un rendu des couleurs approprié;
créer une ambiance agréable et fonctionnelle.

Il existe une très grande variété de tâches visuelles et d’environnements associés.
Pour chaque association de tâche visuelle et d’environnement, il peut exister plusieurs modes d’éclairage qui réalisent un éclairage adéquat.

La norme propose dans son chapitre 5 certaines règles générales pour le choix correct de ces modes d’éclairage, en particulier pour l’éclairage du secteur tertiaire.

Interprétation de la norme

La norme est relativement large quant à son interprétation.

Si on analyse l’interprétation faite par les fabricants de luminaires, il y a certaines divergences. Dans ce chapitre, on essaye de faire le tri par rapport à toutes les propositions des constructeurs sur certains articles bien ciblés de la norme.

4. CRITERES RELATIFS AU PROJET D’ECLAIRAGE

4.2 Distribution des luminances

Afin d’éviter les fortes luminances (éblouissement) et les trop grands contrastes entre elles (fatigues des yeux) dans le champ visuel du travailleur, les luminances de toutes les surfaces des parois du local sont importantes et sont déterminées par le facteur de réflexion et par l’éclairement reçu par ou sur les parois. On retrouve les différentes plages de facteur de réflexion utiles des parois principales :

Plafond :	0.7 à 0.9
Murs :	0.5 à 0.8
Sol :	0.2 à 0.4
Meubles et équipements :	0.2 à 0.7

4.3 Éclairement

L’éclairement et sa répartition sur la zone de travail et l’environnement influence la façon dont une personne perçoit et accomplit une tâche visuelle avec précision, rapidité et confort. Les valeurs d’éclairement Em à respecter reprises dans l’article 5 correspondent au niveau d’éclairement à maintenir pendant toute la durée de vie de l’installation sur le plan visuel de référence.

La norme introduit une différence entre l’éclairement recommandé dans la zone de travail et les zones attenantes. À ce sujet, la norme reste générale et est sujette à interprétation de la part des constructeurs :

Interprétation :

> La zone de travail est l’espace où la tâche visuelle est exécutée quelle que soit sa position dans le local où l’orientation de son plan visuel. Elle peut donc se trouver à n’importe quelle hauteur (le sol, la table par exemple) et dans un plan horizontal, vertical ou intermédiaire.

La taille de la zone de travail peut, dans certains cas, être réduite à une surface très faible comme celle d’un livre lu par un patient dans son lit par exemple. Dans cette zone, le niveau d’éclairement et l’uniformité recommandés sont donnés dans le chapitre 5 (nomenclature des prescriptions relatives à l’éclairage).

La norme définit également deux zones attenantes à la zone de travail : la zone environnante immédiate et la zone de fond.

La zone environnante immédiate est une bande de 0.5 mètre sur tout le pourtour de la zone de travail. Dans cette zone, on maintient un niveau d’éclairement moyen équivalent au niveau moyen de la zone de travail comme détaillé ci-dessous. Quant à l’uniformité de la zone environnante immédiate, elle ne doit pas descendre en dessous de 0,4.

Éclairement de la tâche

Éclairement des zones environnantes immédiates

≥ 750

500

300

200

≤ 150

500

300

200

150

E tâche

La norme décrit la zone de fond comme une bande d’une largeur d’au moins 3m autour de la zone environnante immédiate dans les limites de l’espace (comme un mur, une armoire séparant des espaces de bureau). On ne s’arrête pas à 50cm des murs, contrairement à l’ancienne version de la norme. C’est pourquoi l’uniformité et l’éclairement dans cette zone ont été diminués. L’éclairement moyen à maintenir dans cette zone est le tiers de celui de la zone environnante immédiate. L’uniformité ne doit pas descendre en dessous de 0, 1.

Et l’énergie dans tout ça ?

Manifestement les avis divergent à ce sujet !

Autrement dit, est-il plus intéressant d’éclairer un local classique avec un niveau d’éclairement général de la zone environnante de 300 lux et un niveau d’éclairement de la tâche de 500 lux plutôt que de considérer la zone environnante ou « le local » comme zone de travail et de garantir un niveau d’éclairement de 500 lux ?

4.4 Maillage de l’éclairement

Un maillage peut être crée pour indiquer les points de l’espace étudié auxquels les valeurs d’éclairement doivent être calculés et vérifiés. Le tableau A.1 de l’Annexe A donne des valeurs typiques pour l’espacement du maillage ainsi que le nombre de points de maillages basés sur les formules fournies par la norme :

Longueur de la zone m	Distance maximum entre les points du maillage m	Nombre minimum de points du maillage
0,40	0,15	3
0,60	0,20	3
1,00	0,20	5
2,00	0,30	6
5,00	0,60	8
10,00	1,00	10
25,00	2,00	12
50,00	3,00	17
100,00	5,00	20

4.5 Éblouissement

La norme préconise deux mesures visant à limiter l’éblouissement direct :

4.5.2 Éblouissement d’inconfort

L’UGR (Unified Glaring Rate) exprimant la probabilité d’un éblouissement par une association de plusieurs luminaires; l’UGR étant compris entre 10 (pas éblouissant) et 30 (très éblouissement). L’article 5 de la norme prévoit des valeurs conseillées en fonction du type de configuration du local et qui ne doivent pas être dépassées.

La norme spécifie que c’est le fabricant qui doit fournir l’UGR du luminaire. À noter qu’il faut tenir compte que le concepteur doit, lui, le calculer afin de tenir compte de la répartition des luminaires dans le local.

4.5.3 Défilement contre l’éblouissement

Un angle de protection minimum dans toutes les directions est recommandé en fonction de la luminance de la lampe, à savoir l’angle de défilement. Le tableau ci-dessous reprend les différents angles de défilement en fonction des luminances des lampes :

Luminance de la lampe kcd/m2	Angle maximum de défilement
20 à < 50	15°
50 à < 500	20°
≥ 500	30°

4.7 Aspect des couleurs

On définit deux qualités liées à la lumière relativement blanche.

4.7.2 Apparence colorée

L’apparence colorée est caractérisée par sa température de couleur telle que décrite dans le tableau ci-dessous :

Apparence colorée	Température de couleur Tcp en K
Chaud	Inférieure à 3 300 K
Intermédiaire	3 300 à 5 300 K
Froid	Supérieure à 5 300 K

4.7.3 Rendu des couleurs

L’article 5 de la norme définit aussi un paramètre supplémentaire; à savoir le rendu des couleurs Ra. La valeur maximale de Ra est de 100. La qualité du rendu des couleurs est directement proportionnelle au chiffre mentionné. Dans les espaces où les personnes travaillent de longues durées, il est conseillé d’utiliser des lampes avec un rendu de couleur > 80.

4.9 Éclairage des postes de travail avec équipement de visualisation (DSE)

4.9.2 Limites de luminance pour luminaires à flux lumineux inférieur prépondérant
Le tableau ci-dessous donne les limites de luminance moyenne des luminaires pour des angles d’élévation > 65°, par rapport à la verticale descendante et suivant toutes les directions radiales autour des luminaires et pour toutes les positions de travail pour lesquelles sont utilisés des écrans de visualisation verticaux ou inclinés à 15°.

État de luminance élevé de l’écran	Écran à haute luminance L > 200 cd•m-2	Écran à luminance moyenne L > 200 cd•m-2
Cas A (polarité positive et exigences normales concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés dans les bureaux, pour l’éducation, etc.)	≤ 3 000 cd/m²	≤ 1 500 cd/m²
Cas B (polarité négative et/ou exigences plus élevées concernant la couleur et le détail des informations affichées, comme pour les écrans utilisés pour le contrôle des couleurs en conception assistée par ordinateur etc.)	≤ 1 500 cd/m²	≤ 1 000 cd/m²

NOTE : L’état de luminance élevé de l’écran (voir EN ISO 9241-302) décrit la luminance maximale de la partie blanche de l’écran, cette valeur étant fournie par le fabricant de l’écran.

4.10 Facteur de maintenance

L’éclairage moyen recommandé par la norme est donné comme éclairement à maintenir. Le facteur de maintenance est fonction des paramètres de maintenance de la lampe, du luminaire, de l’environnement et du programme de maintenance.

A charge de l’auteur de projet de :

proposer un facteur de maintenance cohérent,
spécifier des luminaires appropriés à l’environnement,
proposer un programme de maintenance complet précisant les fréquences de remplacement des lampes , de nettoyage des luminaires et des locaux ainsi que la méthode de nettoyage.

4.11 Exigences relatives au rendement énergétique

C’est bien, la norme en parle !

Comme rappelé souvent dans cet ouvrage, il est important de défendre une politique énergétique cohérente à qualité de confort égale ou supérieure.

4.12 Avantages supplémentaires de la lumière du jour

C’est bien aussi d’en parler !

La lumière naturelle peut fournir tout ou en partie l’éclairage intérieur pour les tâches visuels durant la journée. Ainsi un potentiel d’économie d’énergie est disponible.

5. NOMENCLATURE DES PRESCRIPTIONS RELATIVES A L’ECLAIRAGE

5.1 Composition des tableaux

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

5.3 Exigences relatives à l’éclairage de zones intérieures, les tâches et les activités

La norme présente 53 tables reprenant les prescriptions relatives à l’éclairage intérieur pour de nombreux locaux et activités. Une partie de ces recommandations sont disponibles pour :

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Eclairage indirect

Une surface, le plafond ou les murs sont utilisés comme réflecteur pour diffuser la lumière.

Avantages

La diffusion de la lumière par le plafond et une répartition uniforme des luminances offrent une bonne protection contre l’éblouissement. En éclairage d’ambiance, l’indirect peut donner des ambiances lumineuses intéressantes.

Inconvénients

Vu que la lumière est réfléchie avant d’atteindre la tâche à éclairer, ce mode d’éclairage a un moins bon rendement et demande, à niveau d’éclairement égal, une puissance installée supérieure à celle du système direct.

L’éclairement dépend fortement des coefficients de réflexion des parois sur lesquelles la lumière est réfléchie.

Il faut donc porter une attention toute particulière à l’entretien des surfaces du local afin que le rendement ne diminue pas au cours du temps.

Ainsi, lors d’un remplacement de luminaires, un rafraîchissement du plafond peut être nécessaire.

De plus les luminaires indirects sont, par leur disposition, fortement soumis aux poussières et autres saletés (insectes morts, …). Cet inconvénient devient délicat lorsqu’une partie translucide permet une diffusion de lumière vers le bas et que les insectes viennent s’y accumuler (cas des luminaires « lumière douce »).

Ce type d’éclairage ne produit pas d’ombre. Il peut donc être monotone et rendre difficile la perception d’objets tridimensionnels.

Enfin, il faut veiller à ne pas utiliser des sources trop lumineuses qui rendent le plafond éblouissant.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Prescriptions relatives à l’éclairage dans les bureaux

Prescriptions relatives à l'éclairage dans les bureaux

Principe

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 circulation

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques
Circulation et couloir	100	28	0,40	40	1. Éclairement à 0.1 m au dessus du sol, 2. Ra et UGR identiques pour les zones adjacentes, 3. 150 lux s’il y a des véhicules sur l’itinéraire, 4. L’éclairage des sorties et des entrées doit comporter une zone de transition pour éviter les changements rapides d’éclairement entre l’intérieur et l’extérieur de jour ou de nuit, 5. Des précautions sont généralement prises pour éviter l’éblouissement des conducteurs et des piétons.
Escaliers, escaliers roulants, tapis roulants	100	25	0,40	40	Les marches nécessitent un contraste accentué.
Élévateurs, ascenseurs	100	25	0,40	40	Le niveau d’éclairement devant l’ascenseur devrait être de 200 lux.
Allées centrales : occupées	150	22	0,40	60	Éclairement au niveau du sol.

Bureaux

Type d’intérieur, tâche ou activité	Em (lux)	UGR	Uo	Ra	Remarques	Plan de référence
Classement, transcription	300	190	0,40	80	–	0.85 m du sol par défaut.
Écriture , dactylographie, lecture, traitement de données	500	19	0,60	80	–
Dessin industriel	750	16	0,70	80	–
Postes de travail de conception assistée par ordinateur (CAO)	500	19	0,60	80	–
Salle de conférence et de réunion	500	19	0,60	80	Un contrôle de l’éclairage est recommandé.
Réception	300	22	0,60	80	–
Archives	200	25	0,40	80	–	Plans verticaux des rayonnages.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’alimentation du lave-vaisselle : eau chaude, eau froide ?

Un lave-vaisselle doit être alimenté deux fois : une fois au remplissage avant le service, une seconde fois pour l’eau de rinçage lorsque le cycle de lavage de la vaisselle est commencé.

Pour l’eau de remplissage, le lave-vaisselle peut être alimenté à l’eau chaude ou à l’eau froide. Selon le cas, la résistance interne de lavage va ensuite soit maintenir l’eau à 60°C, soit porter l’eau à cette température.

Pour l’eau de rinçage, la lave-vaisselle peut aussi être alimenté soit en eau chaude, soit en eau froide sauf si le lave-vaisselle possède un récupérateur de chaleur ou une pompe à chaleur. Dans ce cas, le lave-vaisselle est alimenté en eau froide au rinçage puisque le récupérateur ou la pompe à chaleur « se charge » de réchauffer l’eau froide de la température du réseau de distribution à environ 45 °C (récupérateur) ou 75 °C (pompe à chaleur). La résistance interne de rinçage (le surchauffeur) est dimensionnée selon le cas pour porter l’eau de rinçage à 85 °C.

Dans tous les cas où le lave-vaisselle peut être alimenté soit à l’eau chaude, soit à l’eau froide, le choix se fait en fonction du prix auquel on peut obtenir le kWh_fuel ou le kWh_gaz, d’une part et le kWh_électrique, d’autre part.

Les prix du kWh_fuel et du kWh_gaz sont indépendants de la période d’utilisation. Ils sont calculés à partir du coût du litre de fuel et du m³ de gaz (10 kWh équivalent environ à 1 litre de fuel et à 1 m³ de gaz) et du rendement de la chaudière. À titre indicatif, en février 2001, 1 m³ de gaz valait 0,3 à 0,325 € pour le tarif ND3.

Le prix du kWh électrique dépend fortement de la période d’utilisation mais également de la tarification de l’établissement. Le prix moyen du kWh électrique varie en fonction de la période d’utilisation. Pour d’autres tarifications, on peut calculer le prix moyen du kWh à partir de la valeur des différents termes intervenant dans la facturation.

Audit

Pour comprendre la tarification électrique.

Remarque : vu les considérations ci-dessus concernant la résistance de rinçage calculée en fonction de l’alimentation en eau chaude ou froide et de la présence ou non d’un récupérateur ou d’une pompe à chaleur, ces paramètres doivent être connus avant de choisir le lave-vaisselle.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme vous permettant, entre autres, de calculer ce que peut vous faire gagner en consommations électriques une alimentation à l’eau chaude du lave-vaisselle adapté à votre propre établissement.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les tuyauteries des installations frigorifiques [Concevoir – Froid alimentaire]

Les conduites d’aspiration

Outre la nécessité de concevoir les conduites d’aspiration de manière correcte par rapport au retour d’huile vers le compresseur, il est nécessaire, dans un souci énergétique :

de limiter les pertes de charge entre l’évaporateur et le compresseur;
d’isoler suffisamment.

Limitation des pertes de charge

La figure ci-dessous montre clairement l’influence des pertes de charge sur le fonctionnement du compresseur. En effet, des pertes de charge importantes dans la conduite d’aspiration augmentent le travail de compression du compresseur (le taux de compression HP/BP augmente).

Variation des pertes de charge dans la conduite d’aspiration.

La longueur, les déviations et les changements de niveaux des canalisations influencent les pertes de charge et les retours d’huile au compresseur. Dans cette optique, une judicieuse implantation des moto-compresseurs et condenseurs, par rapport aux chambres froides, doit être étudiée avec soin comme par exemple :

la proximité du compresseur par rapport à l’évaporateur;

si le compresseur ne peut être près des meubles ou des chambres frigorifiques, il est nécessaire de prévoir un tracé des conduites le plus rectiligne possible.

Isolation des conduites

Le manque d’isolation, tout comme les pertes de charge augmente le travail de compresseur pour amener le fluide frigorigène à la pression de condensation.
Cet aspect est d’autant plus important que les conduites sont longues, car plus elles le sont, plus les apports par la canalisation d’aspiration seront importants, et cela nuit au rendement et à la puissance de l’installation.

Influence de l’isolation de la conduite d’aspiration.

Les conduites liquides

Isolation des conduites

Le but premier de l’isolation des conduites et des accessoires de la ligne liquide est d’éviter le « flash gaz » (le liquide sortant du condenseur se vaporise à nouveau au contact de parois chaudes) au niveau du détendeur, dans le cas où le sous-refroidissement à la sortie du condenseur ne serait pas suffisant (sous dimensionnement du condenseur par exemple).

Energétiquement parlant, un sous-refroidissement du fluide frigorigène est bénéfique pour le cycle. Donc, dans le cas où la ligne liquide traverse une zone chaude, on a intérêt à isoler les conduites pour éviter le « flash gaz » et y gagner énergétiquement.

La figure ci-dessous montre clairement l’influence de l’isolation de la ligne liquide sur l’échange frigorifique dans l’évaporateur.

Influence de l’isolation de la conduite liquide.

Cet aspect est de nouveau d’autant plus important que les conduites sont longues, car plus elles le sont, plus les apports par la canalisation liquide seront importants.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Indicateur d’une dérive des consommations : signature énergétique

Signature énergétique du premier degré

Plus il fait froid, plus la consommation d’un bâtiment augmente ! Si les Degrés-Jours doublent, la consommation devrait doubler. C’est sur cette base qu’on a pensé à établir le graphe d’évolution des consommations en fonction du froid, c’est-à-dire en fonction des Degrés-Jours. A priori, ce graphe devrait être une droite.

Dresser la signature énergétique, c’est établir le lien entre la consommation d’un bâtiment et le climat.

Dans le diagramme, l’énergie consommée est indiquée en ordonnée tandis que les degrés-jours ou températures moyennes extérieures sont indiquées en abscisse. Le « lien » est établi par la droite de régression, fonction accessible automatiquement dans un tableur. Cette droite est celle qui « passe au mieux au milieu des différents points ».

Plus la pente de la droite de régression est élevée, plus le bâtiment est sensible aux rigueurs climatiques, soit par défaut d’isolation, soit par défaut d’étanchéité à l’air.

Toute anomalie de fonctionnement se traduit par un éloignement des relevés par rapport à la droite de régression établie sur base des périodes antérieures.

Analyser une signature énergétique, c’est interpréter les écarts des consommations par rapport à cette droite.

Si nécessaire, pour affiner l’analyse, il peut être utile de réaliser ces mesures toutes les semaines.

La méthode de travail repose sur la comparaison des consommations du bâtiment par rapport à lui-même, au fil du temps. En aucun cas, la signature énergétique ne donnera d’indication quant aux consommations optimales d’un bâtiment. Elle ne donne peu d’informations quand à l’origine du problème. Ce n’est pas la panacée universelle, loin de là, et ne remplacera jamais l’audit énergétique du bâtiment. La signature énergétique complète l’analyse de la comptabilité énergétique dont elle fait partie.

Quelle référence climatique ? Degrés-Jours ou température extérieure ?

Lorsque l’on utilise les degrés-jours comme référence climatique, une mise en garde s’impose.

La base 15/15 des degrés-jours, généralement retenue, repose sur les postulats

D’une température intérieure équivalente de chauffage de 15°C : 20°C le jour et 16°C la nuit, soit 18°C en moyenne, dont on retranche 3°C pour tenir compte des apports « gratuits » (soleil, équipements, …).
D’une température extérieure moyenne d’arrêt de l’installation de chauffage de 15°C.

Cela n’est pas toujours vérifié dans la pratique. Si cela « colle » pour les bureaux, surtout les bureaux peu isolés, c’est inexact pour un hôpital.

Pour un hôpital par exemple, la signature énergétique présentera un écart à l’origine puisque pour 15°C extérieur, le chauffage fonctionne toujours (alors que DJ = 0).

Cette erreur n’est pas facile à déceler, car la présence de consommateurs permanents fausse la lecture (consommation d’eau chaude sanitaire en été, par exemple).

Il existe une méthode qui permet d’éviter le problème : appliquer la signature énergétique sur base des températures moyennes extérieures. Cette méthode est couramment appliquée en Suisse.

Cette méthode permet d’identifier le moment où le chauffage a été arrêté: lorsque les consommations sont nulles.

Le graphique est également plus lisible puisqu’il fait référence à la température extérieure, compréhensible par tout un chacun.

Les besoins autres que le chauffage peuvent aussi être facilement appréciés :

Le point d’inflexion de la droite correspond à la température extérieure à partir de laquelle le chauffage est arrêté. La consommation résiduelle correspond aux besoins des autres usages.

Cette méthode est cependant peu utilisée en Belgique où l’utilisation des degrés-jours est une tradition !

Signature énergétique du second degré

La signature du second degré consiste à approcher l’évolution des consommations par une loi du second degré. Elle se présente alors sous la forme d’une courbe (c’est une parabole).

Une régression de second degré apporte un peu plus de finesse à l’interprétation des résultats, et ne demande pas beaucoup plus de temps de calcul pour autant que l’on puisse utiliser la formule intégrée dans le tableur.

Le surcroît de précision ainsi obtenue n’est réel que si le recueil des données est rigoureux

Fiabilité et régularité des mesures.
Choix des degrés-jours.
Adéquation entre les périodes couvertes par les relevés de consommation et les valeurs climatologiques.

L’interprétation de la signature énergétique du second degré est similaire à celle du premier degré (disposition des points autour de la courbe, pente, origine, évolution au fil du temps, … ).

On peut cependant y ajouter un paramètre : la concavité de la courbe de la signature énergétique. Le rendement moyen de l’installation augmentant avec la charge des chaudières, la concavité de la signature énergétique doit normalement être tournée vers le bas. Autrement dit, les pertes fixes évoluent faiblement lorsque la consommation augmente fort. Les chaudières sont mieux utilisées. Les signatures énergétiques dont la concavité est tournée vers le haut sont donc, a priori, suspectes.

Interprétation : erreur de lecture, d’encodage ou dérive subite

La première année, une signature énergétique de référence du bâtiment est établie. La deuxième année, tout écart d’un point par rapport à cette signature de référence sera interprété comme

Une erreur de l’appareil de mesure (compteur, jauge;…).
Une erreur de lecture des index.
Une erreur d’encodage des données.
Une dérive subite des consommations.

En route Sherlock Holmes !…

Interprétation : problèmes de régulation

Une faible dispersion du nuage de points est significative de la bonne performance de la régulation. C’est la fonction même du régulateur que d’adapter le système de chauffage aux besoins du bâtiment, lesquels sont, notamment, liés aux conditions climatiques.

Une forte dispersion des points du diagramme montre donc un fonctionnement aléatoire de la régulation (absence, défaillance, …).

Les signatures énergétiques du second degré dont la concavité est tournée vers le haut peuvent s’expliquer par le choix d’une courbe de régulation inadéquate donnant lieu à des surchauffes lorsque les températures extérieures sont basses.

Attention : cette technique de la « signature énergétique » demande beaucoup d’investissement « temps », peut être trop par rapport aux résultats qu’elle permet de tirer. Une visite dans le bâtiment concerné est souvent plus efficace pour y détecter la même anomalie de régulation… Elle se justifie néanmoins par le fait que le comptable peut ainsi être le collaborateur du technicien et tirer la sonnette d’alarme, et ce surtout s’il dispose d’un logiciel de comptabilité énergétique lui fournissant l’analyse automatiquement.

Interprétation : dérive progressive de consommation

Par rapport à la signature de référence, les relevés de l’année en cours dérivent progressivement.

Le positionnement répété des relevés au-dessus de la signature de référence entraîne l’augmentation de la pente de la nouvelle signature. Elle indique une augmentation de la consommation, indépendamment de la rigueur climatique. Il faudra en rechercher la cause parmi les suivantes

Surchauffe du bâtiment ?
Déréglage des courbes de chauffe ?
Défaut de l’étanchéité de l’enveloppe ?
Encrassement de la chaudière ?
Déréglage du brûleur ?
…

Interprétation :apports solaires gratuits importants

Les consommations observées sont moindres que celles attendues. Cela s’explique soit par un ensoleillement important et inhabituel en saison de chauffe, soit par un apport « gratuit » de chaleur du fait des activités extraordinaires qui se seraient déroulées dans les lieux.

Cela n’est vrai que si une sonde d’ambiance ou des vannes thermostatiques intègrent ces apports gratuits.

Les relevés en période douce se rassemblent alors sous la signature énergétique de référence.

Interprétation : fonctionnement simultané de la climatisation et du chauffage

Le fonctionnement simultané de la climatisation et du chauffage provoque une hausse des consommations de chauffage.

À partir d’une certaine rigueur climatique, la climatisation n’est plus sollicitée et seul le chauffage est alors assuré, avec des consommations plus conformes aux prévisions.

Le nuage des points prend une allure caractéristique en forme de vague autour de la signature de l’année en cours.

Interprétation : existence de consommations à 0 Degré-Jour

Cette situation peut s’observer dans quatre cas

Choix d’une mauvaise base pour le choix des Degré-Jours.
Existence de consommations pour un autre besoin que le chauffage des locaux.
Défaut de mise à l’arrêt du chauffage en période estivale.
Imprécision de la signature énergétique du 1er degré.

1. Choix d’une mauvaise base pour le choix des degré-jours

Le problème a déjà été abordé dans l’explication de la méthode. Il est possible soit d’adopter la température extérieure comme référence, soit de choisir les Degrés-Jours ad hoc.

2. Existence de consommations pour un autre besoin que le chauffage des locaux,

Dans toute la mesure du possible, on organisera un comptage séparé des consommations relatives au chauffage des locaux (qui sont tributaires du climat). Éventuellement, on estimera les consommations qui sont propres à un autre usage que celui du chauffage afin de les soustraire des consommations totales enregistrées.

Il est parfois difficile de compter séparément ou même d’estimer les consommations d’un usage particulier.

Dans pareil cas, la consommation observée à 0 Degré-Jour correspond aux besoins pour la production d’eau chaude sanitaire, aux pertes près (pertes à l’arrêt, fonctionnement du chauffage en période estivale, …).

Graphiquement, cette consommation correspond à l’écart entre l’origine du graphe (le point [0,0]) et l’origine de la signature énergétique (ci-dessus, exemple d’une piscine, ce qui explique l’importance des consommations attribuées à l’ECS).

3. Défaut de mise à l’arrêt du chauffage en période estivale,

Si la production d’ECS (ou autre usage) n’influence pas la consommation de chauffage (systèmes ou comptages séparés), l’existence de consommation à 0 degré-jour révèle un défaut de régulation. Le chauffage fonctionne alors que les besoins sont nuls.

Graphiquement, cette consommation correspond, ici aussi, à l’écart entre l’origine du graphe (le point [0,0]) et l’origine de la signature énergétique de l’année observée.

4. Imprécision de la signature énergétique du 1er degré

L’écart entre l’origine de la signature énergétique du 1er degré et l’origine du graphe peut provenir en fait d’une « erreur mathématique » : le nuage des points « tirant » la signature énergétique de telle sorte que l’origine de la droite ne passe pas par l’origine du graphique.

Par contre, la signature du second ordre, pour la même période de consommation, ne présente pas cet écart à l’origine. Elle est plus précise.

On pourrait donc établir une signature du premier degré dans tous les cas et, en guise de contrôle, une signature du second degré dans les cas de figure tel que celui présenté ici, où l’on douterait de l’interprétation à donner au graphe.

Mais si la régression du second degré est directement accessible sur le tableur d’enregistrement, autant en profiter du premier coup !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Combustion et combustibles

Définition

La combustion peut être définie comme la réaction chimique qui a lieu lors de la combinaison entre l’oxygène et une matière combustible. Cette réaction est globalement exothermique, c’est-à-dire qu’elle se produit avec un dégagement de chaleur. Dans le cas du bâtiment, cette chaleur est essentiellement utilisée pour maintenir une température de confort.
Les combustibles sont multiples (gaz, pétrole, bois, charbon, …) mais ils ont un point commun : celui de contenir principalement des hydrocarbures, c’est-à-dire des combinaisons multiples de carbones et d’hydrogènes. La composition des combustibles peut être représentées par la formule générique :

C H_yO_x

soit pour un atome de carbone (C), on trouve en moyenne « y » atomes d’hydrogène (H) et « x » atomes d’oxygène (O).

Combustible	Composition générique typique
Biomasse	C H_1.44 O_0.66
Charbon (tourbe)	C H_1.2 O_0.5
Charbon (anthracite)	C H_0.4 O_0.02
Pétrole	C H_1.8
Gaz	C H_3.75 … C H_3.95

Par exemple, le CH₄, appelé méthane, est le constituant principal du gaz naturel (entre 83 % et 88 % en volume). Un litre de fuel, est, quant à lui, constitué d’environ 726 gr de carbone (C), 110 gr d’hydrogène (H) et 2 gr de soufre (S). De manière générale, on constate qu’il y a plus d’oxygène dans la biomasse que dans les combustibles fossiles.

Produits de la combustion

Deux produits principaux résulteront d’une combustion correcte : du dioxyde de carbone (ou CO₂) et de l’eau (ou H₂O).
En effet, si on considère la combustion « stoechiométrique » (c’est-à-dire contenant la quantité d’oxygène exacte pour faire réagir le combustible de manière parfaite), on obtient,

CH_yO_x + (1 + y/4 – x/2) O₂ —› CO₂ + y/2 H₂O

Par exemple, on obtient pour le méthane

CH₄ + 2 O₂—› CO₂ + 2 H₂O

C’est le CO₂ dont on parle au niveau de la pollution atmosphérique et de la problématique du réchauffement de la planète qu’il entraîne. Il est principalement lié à l’utilisation des combustibles fossiles, elle-même liée à l’activité économique. Voici 2>les ordres de grandeur du CO₂ produit.

Production de CO2 lors de la combustion de (on peut estimer grossièrement qu’au niveau valeur énergétique, 1 m³ de gaz = 1 litre de fuel) :
1 m³ de gaz	2 kg CO₂/m³
1 litre de fuel	2,7 kg CO₂/litre

Les fumées en sortie de chaudière contiendront également de la vapeur d’eau (H₂O).

Production de H₂O lors de la combustion de
1 m³ de gaz	1,68 kg/m³
1 litre de fuel	0,9 kg/litre

Mais l’oxygène provient de l’air atmosphérique et celui-ci contient également de l’azote (N), qui théoriquement reste neutre dans la réaction de combustion et devrait être rejeté comme tel dans les fumées. Cependant, sous certaines conditions de combustion, cela n’est pas le cas. En effet, l’azote se combine avec l’oxygène pour former des oxydes d’azote NO, NO₂, N₂O,… rassemblés sous la dénomination NO_x. Ceux-ci sont en partie responsables des pluies acides.
Les combustibles contiennent également des traces d’autres éléments dont la combustion est nocive pour l’environnement. Le principal est le soufre dont l’oxydation fournira du SO₂ et du SO₃. Ce dernier formera de l’acide sulfurique par combinaison avec de l’eau (par exemple, lors du contact entre les fumées et les nuages). C’est ce qui entraîne aussi la formation de pluie acide.
Si le gaz naturel ne contient pratiquement pas de soufre, le mazout et le charbon sont à ce niveau assez polluants et la réglementation vise à abaisser la teneur en souffre maximale autorisée.
En résumé, les produits de la combustion sont principalement constitués de CO₂, d’H₂O, de NO_x et de SO_x.

Quantité d’air nécessaire

La quantité d’air nécessaire pour brûler 1 m³ ou 1 litre de combustible dépendra des caractéristiques de celui-ci. Mais il est bon d’avoir en tête un ordre de grandeur.

« La combustion 1 m³ de gaz naturel ou d’1 litre de fuel requiert environ 10 m³ d’air à 15°C »

À cette quantité « stoechiométrique », c’est-à-dire requise par l’équation chimique de la combustion, s’ajoute un léger excès d’air pour s’assurer que toutes les molécules de combustible soient bien en contact avec l’oxygène. En effet, il faut prévoir que certaines molécules d’oxygène vont traverser le foyer sans se lier au combustible. Dit autrement, il faut éviter d’avoir des zones, des poches, où le processus de combustion viendrait à manquer localement d’oxygène.
On travaille donc avec un excès d’air comburant qui s’élève par exemple pour la combustion du fuel à environ 20 %. Il faut donc prévoir 12 m³ d’air pour brûler 1 litre de fuel.
Lorsqu’une combustion se fait avec une arrivée insuffisante d’oxygène, on parle de combustion incomplète. Celle-ci se traduit par la production d’imbrûlés (suies qui encrassent la chaudière) ou d’éléments partiellement oxydés, pouvant encore brûler, comme le monoxyde de carbone (CO).

Le CO est un gaz très dangereux : il est inodore, il passe dans le sang, se fixe sur l’hémoglobine à la place de l’oxygène et empêche le transport de celui-ci jusqu’aux cellules. Une teneur de 0,2 % de CO dans l’air entraîne la mort en moins d’une demi-heure …

La figure suivante montre l’évolution de la composition des fumées en fonction de l’excès d’air dans le cas d’une combustion à prémélange (d’air et du combustible). On constate qu’en présence d’un manque d’oxygène, il y production de CO. Lorsque l’excès d’air augmente au-delà d’une certaine valeur, la teneur en CO₂ des fumées diminue par dilution, dilution qui diminue le rendement de combustion dans la mesure où les fumées ont une température plus basses.

Evolution du contenu des fumées avec l’excès d’air [%] de combustion : cas de la combustion avec prémélange air-combustible (par exemple mélange d’air et de gaz naturel).

Le pouvoir calorifique d’un combustible

Généralités

Le pouvoir calorifique d’un combustible est la chaleur que peut dégager la combustion complète d’une unité de combustible. Dans le milieu scientifique, on l’exprime souvent en kJ/kg de combustible. Néanmoins, suivant le domaine d’application, on peut l’exprimer dans d’autres unités plus pratiques, par exemple, en kWh/m³ pour le gaz ou kWh/litre pour le fuel.
Dans les produits de la combustion, il y a de la vapeur d’eau, issue de la réaction de l’hydrogène du combustible. Dans certains appareils de combustion, l’eau reste à l’état de vapeur et s’échappe dans cet état vers la cheminée. La chaleur nécessaire pour vaporiser l’eau est donc perdue. Au contraire, certains appareils permettent de condenser l’eau et de récupérer l’énergie dégagée par l’eau pendant son changement de phase. On pense typiquement aux chaudières dites à condensation qui utilisent ce procédé pour augmenter leur rendement.
Sur base de cette distinction, on définit deux pouvoirs calorifiques :

Le pouvoir calorifique inférieur (PCI ou H_i), mesuré en conservant l’eau à l’état vapeur,
Le pouvoir calorifique supérieur (PCS ou H_s), mesuré après avoir récupéré la chaleur de condensation de l’eau.

Cas des combustibles « purs »

Exemples :

Le gaz « riche » algérien présente un PCI d’environ 36 MJ/m³_N et un PCS d’environ 40 MJ/m³_N.
Le fuel présente un PCI d’environ 36 MJ/litre et un PCS d’environ 39 MJ/litre.

		PCI du combustible
Vecteur	Unité	en MJ	(en kWh)	(en Wh)
Gaz naturel pauvre	m³	32,97	9,16	9 160
Électricité	kWh	3,6	1	1 000
Gaz butane	kg	45,56	12,66	12 660
Gaz naturel riche	m³	36,43	10,12	10 120
Houille	kg	29,3	8,14	8 140
Anthracite 10/20	kg	31,4	8,72	8 720
Coke	kg	28,5	7,92	7 920
Propane	L	23,72	6,59	6 590
Gasoil chauffage	L	35,87	9,96	9 960
Fuel léger	L	36,37	10,10	10 100
Fuel moyen	L	37,68	10,47	10 470
Fuel lourd	L	38,16	10,60	10 600
Fuel extra lourd	L	38,58	10,72	10 720

On peut déduire le PCI par unité de masse d’un combustible pur caractérisé par la composition CH_yO_x par la formule expérimentale suivante exprimée en MJ/kg :

PCI = enthalpie de réaction / masse molaire = [(393.6 + 102.2 y – (110.6 + 204.4 y) x ) / (1 + y)] / [12 + y + 16 x] en [MJ/kg]

Cette formule est d’application pour tous les combustible, qu’ils soient fossiles ou issus de la biomasse. Néanmoins, il donne l’énergie pour un combustible pur (c’est-à-dire non dilué par un agent supplémentaire comme de l’eau).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Débit d’eau de déconcentration d’un humidificateur à recyclage

Débit d’évaporation

Soit :

x₁= humidité absolue de l’air avant humidification (en kg_eau / kg_{air sec})
x₂= humidité absolue de l’air après humidification (en kg_eau / kg_{air sec})
q_v= débit volumique de l’air (en m^³/s)
r = poids volumique de l’air (en kg/m^³)

Le débit d’eau évaporée D_e est donné par :

D_e= r x q_v x (x₂– x₁) [en kg_eau/s]

Si q_v est exprimé en m^³/h, débit horaire plus réaliste, le débit d’eau évaporée D_e sera lui aussi exprimé en kg_eau/h.

Débit d’eau de déconcentration

Un constructeur propose l’abaque ci-dessous :

Elle permet d’extraire F_B, coefficient de déconcentration. Sa valeur précise le pourcentage d’eau de déconcentration D_d à prévoir en fonction du débit d’évaporation D_e.

D_d= FB x D_e(en kg_eau/s)

Ainsi, une valeur de FB égale à 0,5 signifie que 50 % du débit d’évaporation doit être ajouté pour déconcentrer l’eau chargée en sels. Un coefficient supérieur à 2 sous-entend que les caractéristiques de l’eau sont telles qu’il faille travailler avec un humidificateur à eau perdue ! En pratique, vu le coût d’une telle solution, on adoptera une autre technique d’humidification.

Exemple

Soit un débit d’air de 8 600 m^³/h traversant un humidificateur à évaporation.

Caractéristiques

avant humidification, humidité absolue de 2 g_eau/ kg_{air sec}
après humidification, humidité absolue de 10,5 g_eau/ kg_{air sec}
pH de l’eau du réseau : 7,1
concentration en ion calcium (Ca)²⁺ : 100 ppm (100 mg/l)
concentration en ion bicarbonate (HCO₃₎^–: 100 ppm (100 mg/l)

Estimation du débit d’eau évaporée

Pour un air aux alentours de 20°C, on prendra un poids volumique de 1,2 kg/m^³, d’où

D_e= r x q_v x(x₂– x₁) = 1,2 x 8 600 x (0,0105 – 0,002) = 87,7 kg/h = 87,7 litres/h

Estimation du débit de déconcentration

De l’abaque, on déduit un coefficient FB égal 0,3.
D’où, D_d= 0,3 x 87,7 = 26,3 litres/h

Débit total d’eau consommée

D_tot= 87,7 + 26,3 = 114 litres/h.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Confort thermique : généralité

Le confort thermique est défini comme « un état de satisfaction du corps vis-à-vis de l’environnement thermique ».

Les 6 paramètres traditionnels du confort thermique

Le confort thermique est traditionnellement lié à 6 paramètres :

Le métabolisme, qui est la production de chaleur interne au corps humain permettant de maintenir celui-ci autour de 36,7°C. Un métabolisme de travail correspondant à une activité particulière s’ajoute au métabolisme de base du corps au repos.
L’habillement, qui représente une résistance thermique aux échanges de chaleur entre la surface de la peau et l’environnement.
La température ambiante de l’air Ta.
La température moyenne des parois Tp.
L’humidité relative de l’air (HR), qui est le rapport exprimé en pourcentage entre la quantité d’eau contenue dans l’air à la température ta et la quantité maximale d’eau contenue à la même température.
La vitesse de l’air, qui influence les échanges de chaleur par convection. Dans le bâtiment, les vitesses de l’air ne dépassent généralement pas 0,2 m/s.

Notez que de façon simplifiée, on définit une température de confort ressentie (appelée aussi « température opérative » ou « température résultante sèche ») :

T°opérative = (T°air + T°parois) / 2

Cette relation simple s’applique pour autant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s.

Ainsi, le lundi matin, la température des parois est encore basse et le confort thermique risque de ne pas être atteint malgré la température de l’air de 20 ou 21°C…

Confort et température

Confort = équilibre entre l’homme et l’ambiance.

Dans les conditions habituelles, l’homme assure le maintien de sa température corporelle autour de 36,7°C. Cette température est en permanence supérieure à la température d’ambiance, aussi un équilibre doit-il être trouvé afin d’assurer le bien-être de l’individu.

La figure ci-dessus considère le sentiment de confort thermique exprimé par les sujets eux-mêmes. Il s’agit de pourcentages prévisibles d’insatisfaits (PPD), exprimés sur l’axe vertical, pour des personnes au repos en position assise (celle qui font la sieste au bureau, par exemple !), ou pour des personnes effectuant un travail léger (= travail de bureau).

Il est impossible de définir une température qui convienne à tous : il reste au mieux 5 % d’insatisfaits !

Il est intéressant de constater que la courbe des sujets au repos est centrée sur 26°C, et qu’elle est plus resserrée : ces personnes sont plus sensibles à de faibles variations de température.

La courbe représentant le travail léger glisse vers les basses températures : les personnes ayant plus de chaleur à perdre préfèrent des températures plus basses.

La diffusion de chaleur entre l’individu et l’ambiance s’effectue selon divers mécanismes :

Schéma diffusion de chaleur entre l'individu et l'ambiance.

Plus de 50 % des pertes de chaleur du corps humain se font par convection avec l’air ambiant (convection et évaporation par la respiration ou à la surface de la peau).

Les échanges par rayonnement à la surface de la peau représentent jusqu’à 35 % du bilan alors que les pertes par contact (conduction) sont négligeables (< 1 %).

Le corps perd également 6 % de sa chaleur à réchauffer la nourriture ingérée.

Cette importance de nos échanges par rayonnement explique que nous sommes très sensibles à la température des parois qui nous environnent, … et explique l’inconfort dans les anciennes églises, malgré l’allumage de l’aérotherme deux heures avant l’entrée des fidèles !

Confort et humidité

L’incidence sur la transpiration

L’humidité relative ambiante influence la capacité de notre corps à éliminer une chaleur excédentaire.

Ainsi, une température extérieure de 24°C et une humidité relative de 82 % (après une pluie en période de forte chaleur), entraînent une forte impression de moiteur, due à l’impossibilité pour la peau d’évaporer l’eau de transpiration et donc de se rafraîchir.

Par contre, une température de 24°C conjointe à une humidité relative de 18 % (climat estival méditerranéen) permet de refroidir la peau par l’évaporation de l’eau de transpiration. La chaleur nous paraît » très supportable « .

L’impact de l’humidité relative dans un bâtiment

L’humidité a relativement peu d’impact sur la sensation de confort d’un individu dans un bâtiment. Ainsi, un individu peut difficilement ressentir s’il fait 40 % ou 60 % d’humidité relative dans son bureau.

L’inconfort n’apparaît que lorsque :

L’humidité relative est inférieure à 30 %,
L’humidité relative est supérieure à 70 %

De faibles niveaux d’humidité (en deçà de 30 %) donnent lieu à certains problèmes :

Augmentation de l’électricité statique (petites décharges lors du contact avec des objets métalliques),À noter que la présence de décharges électrostatiques n’est pas forcément imputable à la sécheresse de l’air (un tapis non traité à l’antistatique peut également provoquer ce type de problème), mais l’air sec (peu conducteur) renforce ce phénomène.

Gêne et irritation accrue à la fumée de tabac (du fait d’un abaissement du seuil de perception des odeurs).

Augmentation de la concentration en poussières dans l’air (diminution de la taille des particules) et donc de leur vitesse de sédimentation et dès lors du nombre de bactéries aéroportées, ce qui serait susceptible d’induire une augmentation de la fréquence de maladies respiratoires en hiver lorsque l’humidité de l’air est faible.

Les gains énergétiques entraînés par une diminution drastique de l’humidification de l’air doivent être comparés aux pertes entraînées par un absentéisme accru…

De hauts niveaux d’humidité (au-delà 70 % HR) donnent lieu à une croissance microbienne importante et à des condensations sur les surfaces froides :

C’est ce qu’indique le diagramme ci-dessous, précisant la plage de taux d’humidité ambiante optimale d’un point de vue hygiénique (d’après Scofield et Sterling) (Doc.Dri-Steem/Pacare).

La plage de confort température-humidité

Pour un confort optimal et pour une température de l’air aux environs de 22°C, on peut dès lors recommander que l’humidité relative soit gardée entre 40 et 65 %.

Plus précisément, on peut définir une plage de confort hygrothermique dans le diagramme suivant (extrait de l’article de R. Fauconnier L’action de l’humidité de l’air sur la santé dans les bâtiments tertiaires parut dans le numéro 10/1992 de la revue Chauffage Ventilation Conditionnement).

Zone à éviter vis-à-vis des problèmes de sécheresse.
et 3 : Zones à éviter vis-à-vis des développements de bactéries et de microchampignons.
Zone à éviter vis-à-vis des développements d’acariens.
Polygone de confort hygrothermique.

A noter enfin que les limites d’humidité imposées en Suisse par la SIA V382/1 sont beaucoup moins exigeantes : on admet une humidité située en permanence entre 30 et 65 % HR, avec des pointes entre 20 et 75 % HR durant quelques jours par an. De tels taux momentanés sont supportables physiologiquement, sans qu’il ne soit nécessaire de recourir à une humidification artificielle.

Pour plus d’informations sur l’impact du taux d’humidité sur la santé, on consultera l’ouvrage Manuel de l’humidification de l’air.

Confort et vitesse de l’air

La vitesse de l’air (et plus précisément la vitesse relative de l’air par rapport à l’individu) est un paramètre à prendre en considération, car elle influence les échanges de chaleur par convection et augmente l’évaporation à la surface de la peau.

À l’intérieur des bâtiments, on considère généralement que l’impact sur le confort des occupants est négligeable tant que la vitesse de l’air ne dépasse pas 0,2 m/s.

À titre de comparaison : se promener à la vitesse de 1 km/h produit sur le corps un déplacement de l’air de 0,3 m/s.

Le mouvement de l’air abaisse la température du corps, facteur recherché en été, mais pouvant être gênant en hiver (courants d’air).

Condition hivernale

De façon plus précise :

Vitesses résiduelles	Réactions	Situation
0 à 0,08 m/s	Plaintes quant à la stagnation de l’air.	Aucune.
0,13 m/s	Situation idéale.	Installation de grand confort.
0,13 à 0,25 m/s	Situation agréable, mais à la limite du confort pour les personnes assises en permanence.	Installation de confort.
0,33 m/s	Inconfortable, les papiers légers bougent sur les bureaux.	Grandes surfaces et magasins.
0,38 m/s	Limite supérieure pour les personnes se déplaçant lentement.	Grandes surfaces et magasins.
0,38 à 0,5 m/s	Sensation de déplacement d’air important.	Installations industrielles et usines où l’ouvrier est en mouvement.

La fourniture d’air frais pour la ventilation d’un local n’entraîne en principe qu’un mouvement très faible de l’air.

Exemple.

Local dont l’air est renouvelé toutes les 10 minutes (soit un taux de renouvellement de 6) par circulation transversale :

volume local : 10 x 5 x 15 = 750 m³
débit d’air : 750 x 6 = 4 500 m³/h
section déplacement : 10 x 5 = 50 m²
vitesse de l’air : 4 500 x 1/50 = 90 m/h = 0,025 m/s !

Mais ce calcul sous-entend un déplacement uniforme de l’air dans la pièce.

En réalité, ce débit est fourni généralement par des bouches de pulsion de section nettement plus faible où la vitesse est beaucoup plus rapide. De plus, en climatisation, cet air peut être pulsé à une température nettement plus faible que l’ambiance…

Le confort est donc directement lié à la qualité de la diffusion de l’air dans la pièce, afin d’assurer une vitesse réelle inférieure à 0,25 m/s au droit des occupants.

Conditions estivales

Pour les températures de locaux comprises entre 21 et 24°C, un déplacement d’air à la vitesse de 0,5 à 1 m/s donne une sensation rafraîchissante confortable à des personnes assises n’ayant que de faibles activités. Mais lorsqu’on fournit un travail musculaire dans des endroits chauds, des vitesses d’air de 1,25 à 2,5 m/s sont nécessaires pour apporter un soulagement. On produit parfois des vitesses plus élevées lorsque des hommes sont soumis pour de courtes périodes à une chaleur rayonnante intense. Ce mouvement d’air sera obtenu à l’aide de ventilateurs.

L’effet rafraîchissant est ressenti peut-être exprimé en fonction de la diminution de la température de l’air qui donnerait le même effet rafraîchissant en air calme.

Voici les valeurs extraites du Guide pratique de ventilation – Woods, valables pour des conditions moyennes d’humidité et d’habillement :

Vitesse de l’air [m/s]	Refroidissement équivalent [°C]
0,1	0
0,3	1
0,7	2
1,0	3
1,6	4
2,2	5
3,0	6
4,5	7
6,5	8

L’importance du mouvement d’air nécessité pour obtenir un effet rafraîchissant peut être évaluée dans une certaine mesure par l’expérience personnelle des vitesses extérieures de l’air. La sensation de fraîcheur produite par un vent léger soufflant par une fenêtre par une chaude journée est familière à chacun. La vitesse généralement désignée par « brise légère » est de l’ordre de 2,5 m/s. L’échelle de Beaufort des vents reproduite sur le tableau ci-dessous donne des vitesses des vents en km/h et en m/s.

Force du vent à l’échelle Beaufort n°	Nature du vent	Vitesse en m/s	Vitesse en km/h
0	Calme	–	–
1	Air léger	1.5	5.4
2	Brise légère	3	10.8
3	Brise douce	5	18
4	Brise modérée	7	25
5	Brise fraîche	9	32.4
6	Brise forte	11	39.6
7	Vent modéré	13	47
8	Vent frais	15	54
9	Vent fort	18	65
10	Grand vent	21	76
11	Tempête	28	100
12	Ouragan	45	160

Confort, activité, habillement

L’estimation du niveau d’habillement

Le niveau d’habillement des occupants est caractérisé par une valeur relative, exprimée en « clo », l’unité d’habillement.

Tenue vestimentaire	Habillement
Nu.	0
Short.	0,1
Tenue tropicale type (short, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes légères et sandales).	0,3
Tenue d’été légère (pantalon léger, chemise à col ouvert et à manches courtes, chaussettes légères et chaussures.	0,5
Tenue de travail légère (chemise de travail en coton à manches longues, pantalon de travail, chaussettes de laine et chaussures.	0,7
Tenue d’intérieur pour l’hiver (chemise à manches longues, pantalon, pull-over à manches longues, chaussettes épaisses et chaussures.	1,0
Tenue de ville traditionnelle (complet avec pantalon, gilet et veston, chemise, chaussettes de laine et grosses chaussures.	1,5

L’évaluation du niveau d’activité

Diverses valeurs du métabolisme sont indiquées ci-après pour diverses activités.

Activité	W/m²	met
Repos,couché	45	0,8
Repos, assis	58	1
Activité légère, assis (bureau, école)	70	1,2
Activité légère, debout (laboratoire, industrie légère)	95	1,6
Activité moyenne, debout (travail sur machine)	115	2,0
Activité soutenue (travail lourd sur machine)	175	3,0

Indicateurs et plages de confort

Détermination traditionnelle des zones de confort thermique

Le corps humain possède un mécanisme de régulation qui adapte ses pertes de chaleur aux conditions thermiques de l’ambiance.

Ce mécanisme d’autorégulation laisse apparaître une zone où la variation de sensation de confort thermique est faible : c’est la zone dite de confort thermique. Il existe donc pour chaque situation une plage de conditions confortables. Cette plage se représente soit graphiquement sur des diagrammes psychrométriques, soit au moyen d’un indicateur unique regroupant les 6 paramètres cités plus haut. À cet effet l’indice de vote moyen prévisible (PMV) est utilisé et le pourcentage prévisible d’insatisfaits (PPD) est calculé.

Plages de confort pour une activité de bureau et un habillement d’été ou d’hiver, selon l’ASHRAE Hanbook of Fundamentals Comfort Model, 2005 superposées au climat de Bruxelles.

L‘indice de vote moyen prévisible (PMV – Predicted Mean Vote) donne l’avis moyen d’un groupe important de personnes qui exprimeraient un vote de sensation de confort thermique en se référant à l’échelle suivante :

Une valeur de PMV de zéro exprime une sensation de confort thermique optimale.
Une valeur de PMV négative signifie que la température est plus basse que la température idéale.
Réciproquement, une valeur positive signale qu’elle est plus élevée.

On considère que la zone de confort thermique s’étale de la sensation de légère fraîcheur (- 1) à la sensation de légère chaleur (+ 1), soit de -1 à + 1.

+3	chaud
+2	tiède
+1	légèrement tiède
0	neutre
-1	légèrement frais
-2	frais
-3	froid

Le pourcentage prévisible d’insatisfaits (PPD – Predicted Percentage Dissatisfied) donne, en fonction de l’indice PMV d’une situation thermique précise, le pourcentage de personnes insatisfaites par rapport à la situation.

Connaissant PMV, la figure ci-après permet d’évaluer directement PPD. Si par exemple, le PMV est de – 1 ou + 1, l’indice PPD montre que près de 25 % de la population n’est pas satisfaite. Pour ramener le PPD à une valeur maximale de 10 % (ce qui est généralement l’objectif à atteindre dans un bâtiment), le PMV doit se situer entre – 0,5 et + 0,5. Et pour une valeur 0 de PMV, soit un état de confort thermique optimal, il y a encore 5 % d’insatisfaits.

Le calcul du niveau de confort

Les mesures étant réalisées, le niveau d’habillement et le niveau d’activités étant connus, il est alors possible de déterminer où se situe la température opérative effective par rapport à l’optimum de confort.

De façon plus précise, des tableaux repris dans la norme donnent l’indice PMV en fonction de la vitesse relative de l’air pour un habillement et une température opérative donnés, lorsque l’humidité relative est de 50 %. Nous reprenons ci-dessous un exemplaire de ces tableaux pour la situation la plus fréquente en hiver. Dans celui-ci est mise en évidence (zone colorée) la zone de confort thermique pour un indice PMV situé entre – 0,5 et + 0,5, c’est-à-dire pour 10 % d’insatisfaits.

Hab. H (clo)	Temp. opér. to (°C)	PMV suivant la vitesse relative de l’air (m/s) – Niveau d’activité M = 70 W/m² –
Hab. H (clo)	Temp. opér. to (°C)	<0,10	0,10	0,15	0,20	0,30	0,40	0,50	1,00	1,50
0,5 (été)	18	-2,01	-2,01	-2,17	-2,38	-2,70	–	–	–	–
	20	-1,41	-1,41	-1,58	-1,76	-2,04	-2,25	-2,42	–	–
	22	-0,79	-0,79	-0,97	-1,13	-1,36	-1,54	-1,69	-2,17	-2,46
	24	-0,17	-0,20	-0,36	-0,48	-0,68	-0,83	-0,95	-1,35	-1,59
	26	0,44	0,39	0,26	0,16	-0,01	-0,11	-0,21	-0,52	-0,71
	28	1,05	0,96	0,88	0,81	0,70	0,61	0,54	-0,31	-0,16
	30	1,64	1,57	1,51	1,46	1,39	1,33	1,29	1,14	1,04
	32	2,25	2,20	2,17	2,15	2,11	2,09	2,07	1,99	1,95
1,0 (hiver)	16	-1,18	-1,18	-1,31	-1,43	-1,59	-1,72	-1,82	-2,12	-2,29
	18	-0,75	-0,75	-0,88	-0,98	-1,13	-1,24	-1,33	-1,59	-1,75
	20	-0,32	-0,33	-0,45	-0,54	-0,67	-0,76	-0,83	-1,07	-1,20
	22	0,13	0,10	0,00	-0,07	-0,18	-0,26	-0,32	-0,52	-0,64
	24	0,58	0,54	0,46	0,40	0,31	0,24	0,19	0,02	-0,07
	26	1,03	0,98	0,91	0,86	0,79	0,74	0,70	0,57	0,50
	28	1,47	1,42	1,37	1,34	1,28	1,24	1,21	1,12	1,06
	30	1,91	1,86	1,83	1,81	1,78	1,75	1,73	1,67	1,63

Partons d’un exemple de mesures

Dans un local de bureau où l’activité est légère et s’effectue en position assise, le métabolisme est de 70 W/m² ou 1,2 met. Supposons être en présence d’une personne en tenue d’intérieur pour l’hiver correspondant à un habillement de 1 clo. Les différentes mesures des paramètres physiques de l’ambiance donnent 20°C pour la température de l’air, 19°C pour la température moyenne de surface des parois, une humidité relative de 50 % et une vitesse de l’air de 0,15 m/s.

La température opérative est donc de 19,5°C. En se référant au tableau de la norme ci-dessous, on en déduit que l’indice PMV = – 0,56. Pour cette dernière valeur, le graphe PPD/PMV donne une prévision de 12 % de personnes insatisfaites par rapport à l’ambiance thermique du local.

Cherchons le confort optimal

Dans le cas de la détermination de la température d’ambiance optimale, l’objectif est de déterminer la température opérative optimale qui correspond à l’indice PMV = 0. Ensuite, la zone de confort thermique peut alors être établie pour un pourcentage de personnes insatisfaites donné.

En reprenant les mêmes hypothèses que l’exemple ci-dessus, la norme donne un indice PMV = 0 pour une température opérative optimale de 22°C. En admettant un écart de 1°C entre T°air et T°parois (ce qui n’est pas beaucoup), la température de l’air sera optimale pour 22,5°C !

En admettant 10 % d’insatisfaits (PMV compris entre – 0,5 et + 0,5), la température opérative varie de 19,8°C et 24,2°C. Soit pour la température de l’air : une zone de confort thermique de 4,4°C, allant de 20,3°C à 24,7°C (zone de couleur jaune du tableau).

Autrement dit, en hiver, dans un bureau bien isolé (T°parois élevées), on admettra un confort basé sur une température d’air de 20,5°C. Mais si la température des parois est faible (simples vitrages, par exemple), il faudra apporter un air à 21, voire 22°C pour assurer le confort.

Le confort thermique restera toujours variable en fonction des individus

La zone théorique de confort étant déterminée, la sensation de confort peut aussi être influencée par d’autres éléments comme l’état de santé, l’âge ou l’état psychologique de l’individu. Dans chacun de ces cas, il faudra admettre une température d’ambiance différente qui peut être située hors de la zone de confort thermique. De plus, la qualité ou « chaleur » humaine qui entoure l’individu participe à la sensation de confort ou d’inconfort. Enfin, la possibilité d’une intervention personnelle sur les caractéristiques de l’ambiance de son lieu d’activité est importante si on veut éviter tout sentiment de frustration ou d’enfermement et donc d’inconfort.

Confort au niveau du pied

Le texte ci-dessous est extrait de la brochure du FFC : Technologie de la construction – Méthodes de construction – Isolation thermique – Généralités.

Bien que dans les échanges thermiques, les pertes par contact (conduction) soient négligeables (< 1 %), une problématique courante réside dans le fait qu’avec certains types de plancher, on aura froid aux pieds et non avec d’autres. On admet en général que, pour un pied non chaussé, une température de contact inférieure à 26°C soit désagréable.

Lorsqu’un objet à une température θ₁ est mis en contact avec un objet à une température q2, la surface de contact se mettra à une température comprise entre les deux précitées.

Les relations ci-après permettent de calculer la température de contact ( θ_c) entre le corps humain et quelques matériaux :

Acier :	θ_C	=	2,1 + 0,93 θ
Béton :	θ_C	=	10,6 + 0,65 θ
Bois :	θ_C	=	19,4 + 0,35 θ
Tapis :	θ_C	=	27,5 + 0,08 θ
θ est la température initiale du matériau.

Ainsi, si on touche un objet en acier dont la température est inférieure à – 2,2°C, la température de contact sera inférieure à 0°C. Ceci explique pourquoi, si en période de gel, des enfants touchent avec la langue un garde-corps de pont en acier par exemple, celle-ci adhérera par le gel.

Il ressort de la relation θ_C= 27,5 + 0,08 θ , que pour toutes les températures courantes, un tapis est suffisamment chaud aux pieds. De même, un plancher en bois ne fera généralement pas l’objet de plaintes pour autant que la température de surface ne descende pas sous 19°C.
Par contre, un revêtement de sol en béton ou en dalles ne sera chaud aux pieds que si la température est au moins de 24°C. C’est pourquoi ces types de planchers font souvent l’objet de plaintes auxquelles on ne peut remédier que par la pose d’un tapis ou l’installation d’un système de chauffage par le sol.
Conseiller d’isoler, à sa face inférieure, un plancher en matériau pierreux afin d’augmenter le confort du pied est généralement peu judicieux. Quelle que soit l’isolation, des températures superficielles de 24°C ou plus ne peuvent être atteintes qu’avec une température de l’air de 27 °C, ce qui crée par ailleurs un certain inconfort.

Zones de confort adaptatif

Comme l’a montré la théorie du confort adaptatif, les plages de confort ne devraient pas être vues comme des valeurs statiques, définies une fois pour toutes. En réalité, elles sont susceptibles de varier selon la capacité d’action de l’occupant, l’historique météorologique, etc. C’est déjà partiellement reflété par l’intégration de l’habillement et de l’activité dans les représentations traditionnelles, mais cela reste trop partiel.

Il faut reconnaitre qu’il est difficile de représenter clairement une zone de confort définie sur base de six paramètres, en intégrant en plus la variabilité de ceux-ci. Heureusement, les recherches ont montré que parmi ces 6 paramètres, la température opérative était prédominante, et que la plupart des facteurs d’adaptation sont liés à la température moyenne extérieure. Les développeurs des théories du confort adaptatif ont donc pu simplifier la représentation de leurs résultats. On trouve aujourd’hui dans la littérature des figures donnant des plages de confort intérieur, exprimées uniquement sur base de la température opérative, en fonction d’une température de référence, généralement définie comme une moyenne des températures relevées sur quelques jours. Certains auteurs font cependant remarquer que ces représentations sont trop simplistes et font oublier les autres paramètres du confort thermique, notamment l’humidité.

Températures opératives correspondantes aux différentes plages de confort définies par la norme NBN EN 15251.

En outre, ces plages de références ne sont utilisables que pour certains ‘profils de bâtiment’, et surtout d’occupants. Les théories du confort adaptatif l’on montré, la capacité d’action de l’occupant sur son environnement est un paramètre fondamental du confort. Il est donc nécessaire d’en tenir compte lorsque l’on choisit des systèmes techniques : va-t-on privilégier une gestion automatisée et centralisée, pour éviter « des mauvaises gestions » (oh, le méchant occupant qui dérègle ma belle machine !), ou au contraire choisir un système laissant à l’occupant la totalité du contrôle ? Bien entendu des solutions intermédiaires existent.

La capacité d’action de l’occupant ne dépend pas uniquement des dispositifs techniques. Elle est aussi liée à son activité ou à l’organisation du travail. Par exemple, on imaginera assez facilement un employé de bureau passant 8 heures continues à son poste de travail contrôler l’ouverture de la fenêtre située juste à côté de lui. Ce sera plus difficile pour quelqu’un qui saute d’une réunion à l’autre et n’a pas de poste de travail fixe.

On parlera d’un occupant actif s’il est capable et motivé à prendre en charge une partie de la gestion de l’ambiance, et d’un occupant passif dans le cas contraire. L’organigramme ci-dessous aide à identifier le type d’occupant auquel on a affaire.

Profil des occupants, inspiré de Adaptive temperature limits: A new guideline in The Netherlands : A new approach for the assessment of building performance with respect to thermal indoor climate, A.C. van der Linden, A.C. Boerstra, A.K. Raue, S.R. Kurvers, R.J. de Dear.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’absence de courant d’air

Valeurs recommandées

La norme européenne NBN EN 13779 (2007) et l’annexe C3 de la PEB

Ces normes proposent une plage de variation de vitesse avec une valeur par défaut en fonction de la température intérieure.

Paramètres	Situation	Plage type	Valeur par défaut
Vitesse de l’air [m/s]	Température d’air locale = 20°C	0,1 à 0,16	< 0,13
	Température d’air locale = 21°C	0,1 à 0,17	< 0,14
	Température d’air locale = 22°C	0,11 à 0,18	< 0,15
	Température d’air locale = 24°C	0,13 à 0,21	< 0,17
	Température d’air locale = 26°C	0,15 à 0,25	< 0,20

Un mouvement d’air n’est en moyenne ressenti par une personne que si sa vitesse est supérieure à 0,2 m/s : à ce moment, il est considéré comme un courant d’air.

Exemple.

Température optimale de l’air nécessaire dans la zone d’occupation d’un bureau pour garantir le confort* en fonction de la vitesse de l’air (température des parois = 19°C)*
0,15 m/s	21°C
0,4 m/s	23°C
1 m/s	25°C
Pourcentage probable de personnes ressentant un inconfort en fonction de la vitesse de l’air (température de l’air = 19°C)
0,15 m/s	6 %
0,4 m/s	12 %
1 m/s	25 %

Comment évaluer sa situation ?

Il est très difficile de mesurer les vitesses d’air dans des locaux. L’évaluation de l’inconfort lié aux courants d’air est donc purement qualitative. Pour se faire une opinion, il faut interroger les occupants, s’asseoir dans leur position de travail, … Un truc cependant, si en plaçant la main à 20 cm de l’ouverture incriminée, aucun mouvement d’air n’est ressenti, on peut considérer qu’il n’y a pas de problème de courant d’air.

Voici quelques situations pouvant poser problème :

Courants d’air dus aux infiltrations

Les courants d’air se font principalement ressentir au niveau des joints de fenêtre et de porte. Un cas typique conduisant à l’établissement d’un courant d’air est celui où une série de portes non étanches sépare un local donnant sur une façade en surpression et un local donnant sur une façade en dépression : c’est le cas habituel d’un plateau de bureaux séparés par un couloir central. Cet effet de courant d’air se fait d’autant plus ressentir que le radiateur placé devant la fenêtre ne couvre pas toute la largeur de celle-ci et ne compense pas l’infiltration d’air froid.

Le même phénomène se présente lorsqu’il y a des portes donnant sur l’extérieur et non protégées par un sas.

Des courants d’air peuvent aussi apparaître pour les bureaux situés aux étages inférieurs d’une tour lorsqu’il y a possibilité d’un mouvement ascensionnel de l’air chaud, par exemple, via une cage d’escalier ouverte sur plusieurs niveaux.

Tous ces mouvements d’air inconfortables sont facilement détectables avec la main. On peut aussi les mesurer objectivement grâce à un anémomètre à fil chaud.

Courants d’air dus au système de ventilation

Grilles placées trop bas

Schéma grilles placées trop bas.

Lorsque les grilles de ventilation en contact avec l’extérieur sont placées à hauteur d’homme, il peut y avoir des sensations de courant d’air. Par contre, ce ne sera sûrement pas le cas si les grilles sont situées à 1,8 m de haut (en partie supérieure des châssis plutôt que dans le bas).

Débits d’air pulsé importants

Si la ventilation est de type purement hygiénique, c’est-à-dire que l’air ne sert pas aussi à la climatisation, les débits pulsés mécaniquement dans les locaux ne sont généralement pas suffisants pour être ressentis par les occupants.
Cependant, ces débits peuvent augmenter dans des locaux à forte concentration comme les auditoires, les salles de réunion,…

Dans ce cas, le débit pulsé par bouche risque d’entraîner des vitesses d’air trop élevées. C’est un problème de choix des bouches. Le placement de bouches hélicoïdales permet un meilleur brassage de l’air avec des vitesses moindres.

Débits d’air pulsé trop faibles

Lorsque l’air pulsé sert aussi à la climatisation, la vitesse de l’air à la sortie des diffuseurs plafonniers doit avoir une valeur minimum d’environ 2 m/s. Si ce n’est pas le cas, l’air ne profitera pas de l’effet Coanda et chutera verticalement, provoquant un courant d’air.

Ici aussi le problème est lié à un mauvais choix de bouches. Paradoxalement, les bouches ont été choisies trop grandes, c’est-à-dire que leur vitesse de sortie est trop faible. Le courant d’air se fera ressentir sous la bouche.

Plafonniers trop rapprochés

Lorsque des diffuseurs plafonniers sont placés côte à côte, le flux d’air de chacun se rencontrant, le jet d’air résultant est propulsé vers le sol. Si les bouches sont trop rapprochées, la vitesse de ce jet risque d’être trop importante dans la zone d’occupation. Le courant d’air se fera ressentir entre les bouches.

Plafond trop bas

Un plafond bas (2,4 m) demande des bouches à forte induction (plafonnier hélicoïdal) pour lesquelles l’air se mélange très vite avec l’air ambiant. Dans le cas contraire, la vitesse de l’air pulsé risque d’être trop importante dans la zone d’occupation.

Absence de préchauffage

La sensation de courant d’air est aussi liée à la température de l’air pulsé. Pour les débits d’air importants, un défaut de préchauffage de l’air neuf peut donc être inconfortable. La température critique d’inconfort est évidemment liée à la vitesse et à le direction du jet d’air.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Organiser la maintenance d’ECS

Contrôles

Pendant la première année de service

Lors de la mise en service, on vérifiera la fonction de commutation du thermostat.

Même si le réglage d’origine est de 60°C, on vérifiera la température. On déterminera en outre la température désirée avec l’utilisateur.

La température peut se mesurer d’une part sur le thermomètre du boiler (s’il en existe un) et d’autre part sur le point de soutirage le plus proche du chauffe-eau (robinetterie de puisage) au moyen d’un thermomètre. On tiendra compte des pertes des conduites. Un écart de température entre le réglage du thermostat, l’affichage de la température sur le boiler et la mesure de la température au robinet est normal; il est surtout dû à la stratification régnant dans le réservoir au moment de la comparaison.

On vérifiera en outre le fonctionnement de la soupape de sûreté :

bref soulagement du ressort de pression sur la vanne de sécurité (rinçage);
contrôle visuel de la soupape de sûreté pour détecter si elle goutte au réchauffage de l’eau.

Groupe de sécurité et soupape de sûreté.

Après 1-2 années de service

contrôle du niveau de température,
contrôle de l’entartrage du réservoir et des corps de chauffe,
actionner de temps à autre la manette du groupe de sécurité, afin d’éviter qu’il ne s’encrasse ou ne s’entartre,
contrôle de l’anode de protection en magnésium.

Pour procéder au contrôle d’un réservoir électrique, déposer les fusibles, fermer les conduites d’eau froide (vanne d’arrêt), vidanger le chauffe-eau (robinet de vidange) et ouvrir un robinet d’eau chaude pour faire appel d’air.

Après avoir vidangé le chauffe-eau, démonter le capot de protection. Avant de démonter la flasque, dé-raccorder le thermostat et la mise à terre.

La batterie électrique peut maintenant être retirée du chauffe-eau. Bien noter sa position. Après avoir déposé la batterie, on pourra déposer et remplacer rejoint d’étanchéité.

Le passage est maintenant libre pour contrôler la cuve intérieure.

Détartrage d’un réservoir électrique

Avec des chauffe-eau modernes à surfaces intérieures lisses et température de l’eau de 60°C au maximum, il se forme normalement peu de dépôt de calcaire à l’intérieur de la cuve.

Pour le détartrage, on procédera comme suit :

Aspirer le calcaire au fond de la cuve avec un aspirateur.
Brosser les parois du réservoir.
Détacher le tartre de l’élément chauffant par un léger martèlement (par exemple avec un marteau en nylon) ou en grattant légèrement (tournevis, pas d’outil tranchant).
Avant de procéder au remontage, nettoyer les deux surfaces d’étanchéité (siège du joint d’étanchéité sur la cuve intérieure et flasque).

On évitera absolument les détartrages chimiques, sauf exceptionnellement en l’absence d’une ouverture (flasque).

Selon la composition de l’eau et avec des températures supérieures à 60° C, les précipitations de calcaire dans l’eau augmentent massivement.

Pour réduire ces précipitations à un minimum et favoriser une exploitation optimale de l’énergie, la température de l’eau sera limitée à 60°C.

Un détartrage régulier (tous les 5 ans environ) du chauffe-eau est néanmoins nécessaire. La fréquence dépend de la qualité de l’eau (composition de celle-ci).

Les détartrages seront signalés par l’apposition d’une étiquette sur le chauffe-eau.

Anodes

Comment protéger une enceinte métallique ? En la mettant en contact avec un matériau plus fragile que lui ! On parle d’ailleurs d’une anode sacrificielle qui va se corroder, laissant la cuve intacte.

Même si la plupart des chauffe-eau commercialisés sont revêtus d’une couche de protection, ils sont souvent équipés en usine d’anodes en magnésium pour garantir une protection supplémentaire du matériau du réservoir.

Lors de chaque contrôle, on vérifiera l’anode et on procédera à son remplacement lorsque l’usure atteint 60 %.

Les anodes sont disponibles dans 2 versions :

anodes à tige,
anodes à chaîne.

On utilise des anodes à chaîne lorsque la place disponible dans la partie supérieure du chauffe-eau n’autorise pas l’introduction d’une anode à tige.

Lors de la mise en place de l’anode, on veillera à garantir un bon contact avec l’accumulateur (masse).

Conduites

Isolation

Avec les années, des défauts de l’isolation thermique peuvent se traduire par des pertes thermiques, raison pour laquelle on procédera périodiquement à un contrôle visuel des conduites et de leur isolation. Au besoin, on complétera ou on remplacera les zones endommagées.

Rinçages

Avec des installations d’eau chaude bien conçues, un bon rinçage est garanti par les soutirages. On évitera ou on éliminera des colonnes peu ou pas utilisées.

Les rinçages sous pression sont compliqués et coûteux. On les utilise principalement pour éliminer les produits de la corrosion dans les conduites. Ce mode de rinçage doit être planifié et contrôlé par un spécialiste. L’exécution d’un rinçage sous pression sera confiée exclusivement à une entreprise spécialisée.

S’il existe un pot de décantation (récupération des boues circulant dans le réseau), généralement situé avant la pompe de recyclage de la boucle, il faudra prévoir une fois par semestre d’ouvrir le robinet de chasse pour éliminer les boues récupérées.

Pot de décantation.

Robinetterie

Circulateur de la boucle de circulation

De nombreuses installations d’eau chaude pêchent par leur circulateur : puissance trop élevée, vitesse d’écoulement trop élevée, etc.

Avec des installations existantes, on peut dans la plupart des cas remplacer le circulateur existant par un modèle plus petit. En procédant à cette opération de substitution, on posera un organe de régulation et un clapet antiretour.

Améliorer

Pour plus d’informations sur l’adaptation du circulateur.

Robinetterie d’arrêt

La robinetterie d’arrêt sera vérifiée quant aux défauts suivants :

étanchéité des joints;
accessibilité;
isolation thermique.

Si ces points sont en ordre, on ne rencontre normalement pas de problème avec la robinetterie d’arrêt.

Robinetterie de puisage

Une robinetterie de puisage qui goutte provoque des pertes d’eau et d’énergie qu’il ne faut pas sous-estimer. Une robinetterie qui n’est pas étanche sera donc immédiatement réparée.

Exception ! Une robinetterie à « écoulement libre goutte » pendant le réchauffage (dilatation de l’eau).

Une robinetterie à débit trop élevée peut provoquer une consommation excessive. En l’occurrence, on vérifiera si :

une robinetterie sans contact,
ou un mélangeur,
ou une robinetterie normale,

n’est pas une solution plus économique en termes énergétiques. Moyennant une bonne information, de telles mesures peuvent contribuer très efficacement à l’exploitation économique d’une installation.

Améliorer

Pour plus d’informations sur le choix de la robinetteriez ici.

Source : programme Ravel- Suisse.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer les charges thermiques dues aux équipements

Exemple.

Pour visualiser l’importance thermique que peuvent avoir les équipements de bureau, voici une simulation du comportement d’un bureau standard.

Ce bureau de 30 m² au sol ne profite donc pas d’apport solaire. Une température de confort y est maintenue été comme hiver par un système de climatisation. Les consignes qui y sont associées sont :

En hiver,

en période d’occupation : T_int= 20°C
en période d’inoccupation : T_int= 15°C

En été,

en période d’occupation : T_int= 25°C
en période d’inoccupation : T_int= 30°C

Les horaires de fonctionnement sont :

occupation : de 8 à 18 h en semaine (260 jours par an).
ralenti : de 17 à 7 h en semaine et 24h sur 24 les week-ends.

En période d’occupation, des apports internes sont fournis par :

Cas 1
- 2 personnes (2 x 70 W),
- 2 lampes individuelles (2 x 18 W),
- éclairage général de 13 W/m² (390 W).
Cas 2
- 2 personnes (2 x 70 W),
- 2 lampes individuelles (2 x 18 W),
- 2 ordinateurs (2 x 160 W),
- éclairage général de 13 W/m² (390 W).
Cas 3
- 2 personnes (2 x 70 W),
- 2 lampes individuelles (2 x 18 W),
- 2 ordinateurs (2 x 160 W),
- 1 imprimante (120 W),
- 1 photocopieur (160 W),
- éclairage général de 13 W/m² (390 W).

Consommations en climatisation et en chauffage durant une année
Cas	Consom. chaudière (1)	Consom. climatiseur (2)	T° max. atteinte sans clim. (3)	Coût exploit. en chauffage (4)	Coût exploit. en refroidis. (5)	Coût exploit. total
1	798 kWh	216 kWh	30°C	27,93 €	24,3 €	52,225 €
2	330 kWh	439 kWh	32.4°C	11,55 €	49,38 €	61 €
3	110 kWh	714 kWh	35.6°C	3,85 €	80,32 €	84,175 €

Le rendement de l’installation de chauffage est estimé à 0,7.
L’efficacité frigorifique du climatiseur est estimée à 2,5 (cop = 3,5).
En été.
À 3,5 c€/kWh.
À 11,25 c€/kWh (prix moyen HT).

En hiver, lorsque les gains internes deviennent importants, les charges en chauffage diminuent. Cependant, il n’y a aucun gain, que du contraire, puisque l’on substitue une énergie électrique à une énergie fossile nettement moins chère. En été, les charges en climatisation augmentent fortement avec la charge interne. Ainsi, chaque kWatt d’équipement supplémentaire coûtera environ, 11,25 c€ par heure pour sa consommation propre plus 4 c€ pour la consommation supplémentaire du climatiseur.

Lorsque les gains de chaleur internes (occupants, éclairage, équipements) et les gains externes (soleil) sont maîtrisés et lorsque le bâtiment présente une inertie thermique suffisante, il est tout à fait possible de se passer de climatisation pour garantir le confort des occupants.

Le tableau suivant permet de se faire une idée de la puissance frigorifique qu’il faudrait installer dans un local en fonction notamment de ses équipements.

Il est évident que lorsqu’un appareil est la plupart du temps en mode stand-by (imprimantes, photocopieur, fax), c’est la puissance consommée dans ce mode qui sera prise en considération et non sa puissance maximum de fonctionnement.

Bilan thermique d’un local (source : CARRIER)
Description	–	Quantité	Unité	–	Watts Max	–	Coefficient	–	Total
1. Fenêtres exposées au soleil (ne prendre qu’une seule orientation même temps)	NE ou S	6	m²	x	200	x	0,2	=	240
	E, SE ou SO	…	m²	x	250	x	…	=	…
	O	…	m²	x	300	x	…	=	…
	NO	…	m²	x	180	x	…	=	…
Coupoles horizontales –	–	…	m²	x	400	x	…	=	…
2. Toutes fenêtres non comprises en 1.	–	…	m²	x	60	x	1	=	…
3. Murs exposés au soleil (prendre la même orientation qu’en 1.)	NO + E + SE	…	m²	x	20	x	…	=	…
	O + SO	…	m²	x	30	x	…	=	…
	S	8	m²	x	25	x	0,6	=	120
4. Tous les murs non compris en 3.	–	…	m²	x	8	x	1	=	…
5. Murs intérieurs et cloisons (tous les murs ou cloisons intérieurs adjacents à un local non climatisé)	–	…	m²	x	5	x	1	=	…
6. Plafond ou Toiture (prendre l’un ou l’autre)	local non climatisé au-dessus	…	m²	x	4	x	…	=	…
	plafond avec combles au-dessus	…	m²	x	30	x	…	=	…
	toit plat nu lourd	…	m²	x	40	x	…	=	…
	toit plat nu léger	…	m²	x	50	x	…	=	…
	toit plat et lourd	…	m²	x	30	x	…	=	…
	faux plafond léger	…	m²	x	50	x	…	=	…
7. Plancher	local non climatisé en-dessous	…	m²	x	5	x	1	=	…
	sur chaufferie	…	m²	x	20	x	1	=	…
	sur caves ou vide	…	m²	x	0	x	1	=	…
8. Ouverture permanente	à rue	…	m²	x	200	x	1	=	…
8. Ouverture permanente	à local non climatisé	…	m²	x	110	x	1	=	…
9. Éclairage et appareils électriques en fonctionnement	–	636 ou 60	W	x	1	x	1	=	636 ou 60
Tubes TL	–	390	W	x	1,25	x	1	=	390
10. Occupants	–	2	pers	x	70	x	1	=	140
11. Ventilation	naturelle (0,5 à 1 vol/h)	21	m³/h	x	2	x	1	=	42
	ou fumeurs	…	pers	x	170	x	1	=	…
	ou mécanique	…	m³/h	x	2	x	1	=	…
Total en Watts									1568 ou 992
Coefficient de déshumidification de la batterie									X 1,2
Puissance sélectionnée en Watts									1881 ou 1190

COEFFICIENTS

pas de protection solaire : 1,0protection solaire intérieure : 0,6protection solaire extérieure : 0,2vitre réfléchissante : 0,6 à 0,2
mur léger isolé : 0,6mur lourd : 0,8mur lourd isolé : 0,5
toit isolé >= 50 mm : 0,3autres cas : 1,0

Comme nous le verrons dans la suite, la mise en veille des équipements permet de diminuer fortement leur consommation, par la même occasion leur production de chaleur.

Exemple : L’exemple repris dans le tableau de dimensionnement représente le bureau décrit ci-dessus (cas 3), auquel on a adjoint des apports solaires. Dans celui-ci, il serait possible par une technique de mise en veille de diminuer de près de 40 % (1 190 W au lieu de 1 881 W), la puissance frigorifique nécessaire pour y maintenir une température 24°C par 30°C extérieur.

Un ordre de grandeur : Si on admet une très légère surchauffe en été, on peut en cas de mise en veille efficace se passer de climatisation. On estime généralement que dans les immeubles de bureaux, une climatisation devient nécessaire en été lorsque la somme des apports de chaleur dépasse 50 W/m² au sol.

Exemple : Dans l’exemple ci-dessus (bureau de 30 m²), la mise en veille des équipements fait chuter les apports de chaleur de 1 568 W à 992 W, c’est à dire de 52 W/m² à 33 W/m².

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité de la production frigorifique

L’efficacité de la production frigorifique

Un indice de mesure d’efficacité : le COP

De l’analyse du fonctionnement thermodynamique de la machine frigorifique, on déduit son efficacité énergétique. 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, … )

Efficacité théorique d’une machine frigorifique.

Le bilan énergétique d’une machine frigorifique apparaît sur le diagramme : toute l’énergie captée dans le bâtiment par l’évaporateur (II), plus l’énergie utilisée par le compresseur (I), doit être évacuée par le condenseur vers l’air extérieur (I + II).

L’installation de réfrigération sera donc énergétiquement efficace si elle demande peu d’énergie électrique au compresseur pour atteindre une puissance frigorifique donnée à l’évaporateur.

Appliquons ceci à un climatiseur :

Évaluer l’efficacité frigorifique d’un appareil, c’est établir le rapport entre énergie frigorifique fournie et énergie électrique absorbée par le compresseur.

Quelle valeur de COP atteindre ?

On trouvera dans le tableau ci-dessous, les valeurs recommandées par le standard ARI.

Type d’équipement	COP min. recommandé (kWr/kWe)
Climatiseurs de fenêtre	2,8
Split systèmes – Jusqu’à 4 kWr – Supérieur à 4 kWr	2,8 3,0
Conditionneurs d’air monobloc À refroidissement par air – Jusqu’à 10 kWr – Supérieur à 10 kWr À refroidissement par eau	2,5 2,9 3,5
Groupes de production d’eau glacée à pistons À refroidissement par air – Jusqu’à 100 kWr – Supérieur à 100 kWr À refroidissement par eau – Jusqu’à 10 kWr – Supérieur à 10 kWr	3,0 3,0 3,7 4,0
Groupes de production d’eau glacée à vis À refroidissement par air À refroidissement par eau – Jusqu’à 800 kWr – Supérieur à 800 kWr	4,5 4,6 5,0
Groupes de production d’eau glacée centrifuges À refroidissement par air – Jusqu’à 800 kWr – Supérieur à 800 kWr A refroidissement par eau – Jusqu’à 800 kWr – Supérieur à 800 kWr	3,8 3,84,5 4,7

Conditions standard pour climatiseurs, splits et systèmes monoblocs à refroidissement par air (standard ARI 510) : conditions intérieures = 27°C, 50% HR; conditions extérieures = 35°C bulbe sec et 24°C bulbe humide.

Conditions standard pour groupes de production d’eau glacée à refroidissement par eau (standard ARI 550-92) : température départ / retour eau glacée = 6,7°C / 12,2°C ; température entrée/sortie eau de condensation = 29,4°C / 35,0°C.

Une évaluation dans les conditions nominales grâce aux catalogues

A priori, le catalogue du fabricant permet d’évaluer cette situation dans les conditions nominales.

Exemple : voici les spécifications techniques d’un climatiseur réversible présent sur le marché.

Unité intérieure			FHYB35FJ
Unité extérieure			RY35D7
Puissance frigorifique		kcal/h	3 100
		Btu/h	12 300
		kW	3,60
Puissance calorifique		kcal/h	3 500
		Btu/h	14 00
		kW	4,10
Puissance absorbée	rafraîchissement	kW	1,51
Puissance absorbée	chauffage	kW	1,33

On y repère :

– l’efficacité frigorifique, E.F. ou coefficient de performance COPfroid

puissance frigorifique / puissance absorbée = 3,6 kW / 1,5 kW = 2,4

– l’energy efficiency ratio, E.E.R

puissance frigorifique / puissance absorbée = 12,3 Btu/h / 1,5 kW = 8,2

Et si l’on souhaite utiliser l’appareil en mode chauffage :

– le coefficient de performance au condenseur, COPchaud

puissance calorifique / puissance absorbée = 4,1 kW / 1,3 kW = 3,2

Remarques.
1. Il ne faut pas confondre COPfroid et COPchaud ! Le COPchaud est le rapport entre l’énergie thermique délivrée au condenseur et l’énergie électrique demandée par le compresseur (c’est un terme qui vient de l’évaluation du rendement d’une pompe à chaleur). Alors que le COPfroid part de la chaleur captée à l’évaporateur. La confusion étant fréquente, il n’est pas inutile lorsque l’on compare le rendement des machines dans les documentations de constructeurs, de vérifier ce qui se trouve derrière l’appellation COP.

2. Il est intéressant de s’inquiéter également de l’efficacité globale de la machine frigorifique installée, c’est à dire du rapport entre le froid produit et l’ensemble de toutes les consommations électriques, y compris les ventilateurs aux échangeurs, les pompes, les tours de refroidissement,… Une machine frigorifique, avec une efficacité excellente, placée sur le toit d’un immeuble de plusieurs étages, peut voir son efficacité fortement chuter si la machine est placée en cave et que le condenseur est refroidi via un gainage d’air traversant les étages ! La consommation du ventilateur sera alors importante dans le bilan final.

Exemple.

Dans l’ouvrage « Diagnostic énergétique des installations frigorifiques industrielles » (ADEME + EDF), on propose un COP compresseur optimal de 4,8 pour un régime 13°/7°. Ce COP descend à 3,9 si on prend l’ensemble du système en compte (consommation des auxiliaires), et à 3,7 si le régime devient 11°/5° (baisse de 6 % du rendement suite à l’abaissement de 2°C à l’évaporateur).

3. L’énergie mécanique des ventilateurs et des pompes se dégrade en chaleur. Donc, non seulement le COP se dégrade par la consommation électrique des auxiliaires, mais aussi la puissance frigorifique disponible diminue.

4. À défaut de mesures spécifiques, on peut prendre une valeur de COPfroid de 4 (c’est la valeur choisie par le CSTC dans le cadre de l’élaboration de la future Réglementation flamande EPR, pour évaluer la consommation d’une machine frigorifique). À cette valeur s’ajoute une consommation globale de 8 [MJ/m².an] pour la consommation des pompes associées au système de refroidissement (soit 2,2 [kWh/m².an]). Cette valeur est réduite de moitié si une régulation de vitesse est appliquée aux pompes.

Exemple d’application

L’éclairage de 10 000 m² de bureaux entraîne aujourd’hui une puissance électrique de 125 kW (sur base de 12,5 W/m²), mais demande 31 kW complémentaires si la charge thermique de l’éclairage est reprise par une installation de conditionnement d’air, sur base d’un COPfroid de 4.

À noter que des compresseurs à vis génèrent des COP dépassant 5 ou 6, mais ce coefficient est généralement établi pour des conditions extérieures très favorables et il n’intègre pas la consommation des ventilateurs, de la tour de refroidissement, …

Comment évaluer l’efficacité énergétique d’une machine en fonctionnement ?

La procédure est complexe, il faut l’admettre. Mais pour une grande partie des installations à condensation par air, il est possible de mesurer approximativement le Delta T° des échangeurs et d’en déduire le COP de l’installation. La précision est suffisante pour déceler des anomalies à l’installation.

Les mesures seront réalisées pendant un temps « stable », la température extérieure étant de 20 à 30°C car l’installation doit être bien chargée, le compresseur doit fonctionner à plein régime, tous les ventilateurs étant en fonctionnement continu.

On mesure :

la température de l’air aspiré par le condenseur Ta (en °C) et la température de l’air à la sortie du condenseur Ts (le plus près de la sortie possible, pour éviter que cet air soit déjà mélangé avec de l’air ambiant),

la température de l’air aspiré par l’évaporateur et la température de l’air refoulé par l’évaporateur,

avec un anémomètre, la vitesse de l’air parcourant chacune des batteries (en m/sec),

avec un kWh-mètre, l’énergie absorbée par le compresseur uniquement Qa (en kWh), et éventuellement l’énergie absorbée par la totalité de l’installation Qt en kWh,

le temps de fonctionnement du compresseur t (en heures),

la surface frontale du condenseur S, c.-à-d. la surface aspirant l’air (en m²).

On calcule alors :

Puissance condenseur = S x v x 1,2 x (Ts – ta) [kW]

Le facteur 1,2 est la chaleur volumique de l’air (1,2 kJ/m³.K), et doit éventuellement être corrigée en fonction de la température.

Puissance absorbée = Qa / t [kW]

Puissance totale = Qt / t [kW]

La puissance évaporateur, l’EE (COPfroid) et le COPchaud se calculent alors aisément.

Finalement, on mesure au manomètre (demander à un frigoriste) la pression d’aspiration et de refoulement du compresseur.

En connaissant le réfrigérant, on peut déduire des tables thermodynamiques la température d’évaporation T0 [en °C] et de condensation Tc [en °C]. Sur base de ces mesures, il est possible de déduire le point de fonctionnement de l’appareil et de vérifier son adéquation avec les données du constructeur et les données du concepteur de l’installation.

Cette méthode est précise à moins de 10 %, en fonction de la précision des mesures. Pour l’avenir, il est important de bien noter les mesures et les résultats obtenus, pour vérification ultérieure et suivi de l’évolution du matériel.

En fait, ce n’est pas tant l’exactitude absolue des mesures qui compte, que la possibilité de comparer les valeurs d’une mesure à l’autre et de repérer une dérive, un jeu dans les clapets, … L’intervention à temps du fabricant permet alors de sérieuses économies.

Le bilan énergétique annuel

Si l’estimation ponctuelle du COP de la machine frigorifique n’est déjà pas simple, réaliser le bilan énergétique annuel de l’appareil est vraiment complexe.

Qui consomme de l’énergie ?

le compresseur Cc,
les auxiliaires permanents Cp (ventilateurs, pompes, etc.),
les auxiliaires non permanents Cnp (résistances de carter, etc.),
le dégivrage éventuel Cd (notons qu’il augmente aussi les besoins de froid en produisant de la chaleur à l’évaporateur qu’il faudra compenser par un fonctionnement supplémentaire du compresseur en cycle froid),
les pertes en réseau qui augmentent les besoins de froid, donc la durée de fonctionnement du compresseur (consommation intégrée dans cc).

La consommation globale annuelle de l’installation est :

C = cc + Cp + Cnp + Cd (kWh)

Des conditions de fonctionnement très variables

Pour évaluer ces consommations, il ne suffit pas, hélas, de multiplier la puissance des consommateurs par leur temps de fonctionnement…

En effet, la puissance du compresseur est fonction de ses conditions d’utilisation, donc des besoins de froid réels au cours d’une saison. À tout besoin de froid correspond une condition de fonctionnement de l’installation (température d’évaporation, température de condensation) et la chose se complique lorsque le fluide de refroidissement du condenseur n’a pas une température constante tout au long de la saison (ce qui est quasiment toujours le cas).

Pour déterminer la consommation d’énergie d’une installation, il est donc 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.

Reprenons cependant l’exemple d’une installation frigorifique dont le bilan thermique est décrit dans l’ouvrage de J. Bernier (« L’itinéraire d’un frigoriste » paru chez PYC- Éditions) : l’analyse est intéressante pour visualiser l’origine des consommations d’une installation.

L’installation fonctionne toute l’année avec des besoins maximum de froid (Besoin de Froid = BF) de 10 kW. Pour simplifier, on répartira la puissance frigorifique par pas de 1 kW.

Le tableau ci-dessous illustre le calcul de consommation de cette installation fictive. Par exemple, l’installation a fonctionné durant 400 heures à 6 kW-froid, avec une température de condensation de 40°C.

BF – Besoin de Froid (kW)	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Durée totale heures	800	1 500	2 000	1 500	1 000	700	500	300	260	200
Durée heures condensation 50°	600	1 000	1 300	700	300	200	100	–	–	–
Durée heures condensation 40°	200	400	500	600	400	300	200	80	60	50
Durée heures condensation 30°	–	100	200	200	300	200	200	220	200	150
Exemple de répartition sur l’année des besoins de froid et des temps de fonctionnement à chaque régime (en heures).

On remarquera que le nombre d’heures de la deuxième ligne correspond à un total de 8 760 heures, soit une année. Les lignes 3, 4 et 5 indiquent la répartition de ces heures en fonction du régime de fonctionnement du compresseur, lui-même fonction de la température extérieure.

Nous allons mettre en situation le compresseur et déterminer ainsi ses consommations partielles à chaque régime de marche. La température d’évaporation est supposée constante à – 10°C.

Consommation du compresseur

La puissance frigorifique et la puissance absorbée d’un compresseur varient suivant les températures d’évaporation et de condensation. La figure ci-dessous illustre ces variations pour notre exemple. La puissance frigorifique au régime extrême – 10/+ 50°C est de 11 kW. (On notera que les courbes utilisées correspondant aux conditions réelles de surchauffe et de sous refroidissement, et non aux conditions nominales données par le constructeur).

Reprenons maintenant notre tableau de fréquences que nous allons compléter avec :

la puissance absorbée à chaque régime,
le taux de fonctionnement (pourcentage temps de marche horaire),
le nombre d’heures de fonctionnement.

Cependant, il faut savoir que pour les faibles taux de fonctionnement, le rendement de production de froid s’écroule littéralement. C’est normal, iI ne doit pas seulement couvrir le BF, mais aussi la mise à température du circuit, qui après chaque arrêt se réchauffe complètement.

Exemple d’affaiblissement de la Production de froid en fonction
du taux d’utilisation du compresseur (Rendement de production de froid RPF).

Ainsi, l’installation étudiée doit assurer pendant 50 heures une puissance froid de 1 kW lorsque la condensation se produit à 40°C. La figure ci-dessus prévoit à ce régime 13,2 kW frigorifique. Le taux de fonctionnement sera de 1 kW/ 13,2 kW, soit 7,5 %. Mais à un tel taux de charge, le rendement de production de froid est de 80 %. Si bien que le temps de fonctionnement réel sera de :

50 heures x 1 kW / (0,80 x 13,2 kW) = 5 heures

D’une manière générale, le nombre d’heures de fonctionnement du compresseur hc à chaque fonctionnement partiel est égal à :

hc = nh x BF / (RPF x Qo)

où,

hc, le nombre d’heures de fonctionnement du compresseur
NH, le nombre d’heures d’utilisation
BF, le besoin de froid
RPF, le rendement de production de froid
Qo, la puissance frigorifique disponible à l’évaporateur

La consommation totale annuelle du compresseur est égale à la somme de toutes les consommations partielles, aux divers régimes.

Besoin de Froid – BF (kW)	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1

Régime : – 10°/50°	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Nbre heures utilisat. NH	600	1 000	1 300	700	300	200	100	–	–	–
Puissance frigo Qo (kW)	11	11	11	11	11	11	11	–	–	–
Taux fonct. (%)	90	82	73	64	55	45	36	–	–	–
Rendement RPF (%)	100	100	100	99	99	98	98	–	–	–
Puissance absorbée (kW)	6	6	6	6	6	6	6	–	–	–
Heures fonct. hc	545	818	945	445	164	92	37	–	–	–
Consommation cc (kWh)	3 270	4 908	5 670	2 670	984	552	222	–	–	–
	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Régime : – 10°/40°	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Nbre heures utilisat. NH	200	400	500	600	400	300	200	80	60	50
Puissance frigo Qo (kW)	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2	13.2
Taux fonct. (%)	76	68	61	53	45	38	30	23	15	7.5
Rendement RPF (%)	100	99	99	99	98	98	97	95	91	80
Puissance absorbée (kW)	5.6	5.6	5.6	5.6	5.6	5.66	5.6	5.6	5.6	5.6
Heures fonct. hc	152	275	306	321	185	116	62	19	10	5
Consommation cc (kWh)	851	1 542	1 713	1 800	1 039	649	347	107	56	28
	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Régime : – 10°/30°	–	–	–	–	–	–	–	–	–	–
Nbre heures utilisat. NH	–	100	200	200	300	200	200	220	200	150
Puissance frigo Qo (kW)	–	15.2	15.2	15.2	15.2	15.2	15.2	15.2	15.2	15.2
Taux fonct. (%)	–	59	53	46	39	33	26	20	13	6.5
Rendement RPF (%)	–	99	99	98	98	97	95	92	89	75
Puissance absorbée (kW)	–	5.3	5.3	5.3	5.3	5.3	5.3	5.3	5.3	5.3
Heures fonct. hc	–	60	106	94	121	68	55	47	30	13
Consommation cc (kWh)	–	317	563	498	640	359	294	250	157	70

Calcul de la consommation annuelle du compresseur

En additionnant toutes les consommations partielles, on trouve pour notre exemple :

cc = 29 556 kWh/an (soit 106 400 MJ/an)

De la même manière, le temps total de fonctionnement annuel du compresseur est égal à la somme des temps de fonctionnement partiels aux divers régimes : hc = 5 091 heures.

Consommation des auxiliaires permanents

Comme leurs noms l’indiquent, ces auxiliaires consommateurs d’énergie fonctionnent en permanence. Dans notre exemple, le ventilateur de l’évaporateur fonctionne en permanence, soit 8 760 heures par an.

Il absorbe 500 W et va donc consommer par an :

Cp = 0,5 kW x 8 760 h = 4 380 kWh/an

Consommation des auxiliaires non permanents

Ce sont les auxiliaires asservis au fonctionnement du compresseur (ventilateur de condenseur, vanne magnétique départ liquide, résistance de carter, etc.)

Pour notre exemple, le ventilateur de condenseur absorbe 300 W et est asservi au compresseur. La bobine de l’électrovanne absorbe 10 W. Le compresseur comporte en outre une résistance de carter (non régulée) qui consomme 20 W quand le compresseur est à l’arrêt.

Nous avons vu que le compresseur fonctionnait 5 091 heures par an. Les auxiliaires non permanents vont donc consommer :

Cnp = (0,3 + 0,01) x 5 091 + 0,02 x (8 760 – 5 091)

Cnp = 1 651 kWh/an

Consommation du dégivrage

Estimer sans observation les consommations d’un dégivrage n’est pas chose toujours facile car leur fréquence est très variable. Pour notre exemple, nous estimerons en moyenne quatre dégivrages par jour de 15 minutes (0,25 heure) à l’aide dune résistance électrique de 6 kW, ce qui conduit à une consommation annuelle de :

Cd = 6 x 0,25 x 365 x 4 = 2 188 kWh/an

Récapitulation des consommations annuelles

La consommation totale annuelle est égale à la somme des consommations de tous les composants de l’installation soit :

C = 29 556 + 4 380 + 1 651 + 2 188 = 37 775 kWh/an ( soit 136 000 MJ)

Traduire en coût une telle consommation dépend essentiellement du régime tarifaire appliqué : entre 11 et 16 c€/kWh, généralement. Tout dépend du moment de fonctionnement de l’installation : jour ? jour durant la pointe ? nuit ? … .

Quelle efficacité énergétique ?

Déterminons l’énergie froid utilisée sur l’année. Il suffit d’intégrer les besoins de froid sur l’année, donc de totaliser les produits des besoins frigorifiques par le temps, pour les 3 régimes de marche.

BF – Besoin de Froid (kW)	10	9	8	7	6	5	4	3	2	1
Nbre d’heures régime : – 10°/50°C	600	1 000	1 300	700	300	200	100	–	–	–
Nbre d’heures régime : – 10°/50° C	200	400	500	600	400	300	200	80	60	50
Nbre d’heures régime : – 10°/50°C	–	100	200	200	300	200	200	220	200	150
Total heures	800	1 500	2 000	1 500	1 000	700	500	300	260	700
BF x heures (kWh)	8 000	13 500	16 000	10 500	6 000	3 500	2 000	900	520	200

Exemple de calcul simplifié de l’énergie froid annuelle

L’énergie froid annuelle nécessaire est la somme des chiffres de la dernière ligne du tableau soit :

EF annuel = 61 120 kWh (220 000 MJ)

L’efficacité énergétique moyenne annuelle de l’installation frigorifique est le rapport entre l’énergie froid produite et l’énergie électrique consommée soit, pour notre exemple :

EEmoy = 61 120 / 37 775 = 1,62

On est loin de la valeur nominale de 2,9 pour le cop au fonctionnement (- 10°C (évaporateur) / + 30°C (condenseur) sur base des données du catalogue (15,2 kW / 5,3 kW) !

Plus l’installation sera performante, bien réglée, et bien entretenue et plus ce coefficient sera élevé, ce qui veut donc dire tout simplement que moins l’installation sera gourmande en énergie électrique.

Remarque : ce coefficient EEmoy de 1,62 correspond à une installation frigorifique (« froid négatif ») et pas une installation de climatisation puisque la température d’évaporation est de – 10°C . Généralement, une installation de climatisation aura une température d’évaporation positive, et le EEmoy sera plus élevé.

Le diagnostic d’une installation existante

Les signes de surconsommation énergétique d’une installation frigorifique :

L’augmentation des temps de fonctionnement du compresseur, dont les causes sont :
- soit le manque de fluide frigorigène,
- soit l’encrassement des échangeurs (condenseur et évaporateur),
- soit encore le mauvais état du compresseur.

Le placement d’un compteur horaire de fonctionnement sur l’alimentation du compresseur est un petit investissement qui permettra de déceler une dérive de consommation.

La diminution de la température d’évaporation, dont la cause principale est l’encrassement des échangeurs.

L’augmentation du nombre de démarrages pour les petites installations (compresseurs hermétiques des split-systems par exemple) ou du nombre de cylindres ou de compresseurs en service. Ceci est généralement dû à un encrassement du condenseur, à des fuites de réfrigérant ou à une mauvaise alimentation de réfrigérant liquide des détendeurs. Ils ne peuvent être pris en compte que si les autres paramètres restent constants, c’est-à-dire pour des conditions ambiantes identiques (même demande au point de vue température et humidité relative) et pour des conditions extérieures identiques (température de condensation, apports internes et externes).

Les tests à effectuer

Les tests à effectuer consistent :

Soit à donner des indications sur un fonctionnement anormal de l’installation (mesure du courant absorbé en fonctionnement continu et comparaison avec le courant nominal, comptage des heures de fonctionnement, mesure du débit de l’eau de la tour de refroidissement et du débit d’eau glacée,…).

Soit à vérifier l’efficacité énergétique de l’installation frigorifique, c’est-à-dire le rapport entre la puissance électrique absorbée et la puissance frigorifique fournie.

Certaines grosses installations comportent deux compteurs d’énergie qui intègrent le débit de fluide frigorigène et le delta T° avec lequel soit l’évaporateur, soit le condenseur travaillent. Ceci permet de connaître les consommations thermiques sur une période donnée (parfois, c’est sur la boucle d’eau glacée que se trouve le compteur d’énergie).

L’énergie du compresseur peut alors être déduite puisque l’on sait que les relations suivantes sont toujours vérifiées :

Puissance évaporateur + puissance compresseur = puissance condenseur

Énergie évaporateur + énergie compresseur = énergie condenseur

Pour vérifier la qualité de l’installation, il faut établir ce bilan à plusieurs régimes de fonctionnement et le comparer à la courbe d’efficacité en fonction de la charge du constructeur.

Chaque installation est particulière et il est donc difficile de comparer sa consommation à des ratios standards. Les seules références sont : soit celles données par le constructeur, soit l’installation elle-même, à une période antérieure, lorsqu’elle était soumise à une charge similaire.

Remarque.
Une des principales consommation énergétique est liée à la mise en dérogation des fonctions automatiques de régulation. Dès lors, en entrant dans le chaufferie, un coup d’oeil vers l’armoire électrique renseignera l’auditeur : bouton vert = marche, bouton orange = dérogation, bouton rouge = arrêt.

La rentabilité énergétique des interventions de maintenance

La rentabilité énergétique des opérations de contrôle et de maintenance n’est pas évidente à chiffrer.

Toutefois, on peut donner les économies suivantes (chiffres établis sur base de l’expérience de la société SECA mais qui n’ont pas fait l’objet de mesures en laboratoire), :

Nettoyages réguliers (au moins annuel) des condenseurs à air et des évaporateurs directs : rentabilité de 10 à 30 %
- 10 % dans le cas d’un encrassement faible,
- 30 % si ce nettoyage n’a jamais été réalisé.

Nettoyage des échangeurs fluide frigorigène – eau (évaporateur et condenseur) : rentabilité de 15 à 25 %

L’absence d’entretien peut créer des surconsommations importantes :

dégradation de la qualité de l’eau du circuit de condensation, absence d’installation d’adoucissement et de traitement anti-algues : surconsommation de 5 à 20 %;

engorgement des filtres déshydrateurs sur le circuit de fluide frigorigène : surconsommation de 10 à 15 %;

Exemple.

Voici les résultats dune simulation informatique réalisée par Mr De Smet de l’ABF.

Soit une machine frigorifique conçue pour fonctionner 16 heures sur 24 au régime – 10°/40° avec des gaz aspirés à + 10°, et avec un sous-refroidissement liquide de 6 K.

Elle présente un manque d’entretien et une dégradation de l’isolation. Elle fonctionne à – 15° (évaporateur partiellement pris en glace), à + 50° (condenseur encrassé), avec une température d’aspiration des gaz de + 15° (isolation des conduites endommagée).

Résultats : elle devra tourner 23h/24 pour un même bilan frigorifique et consommera 39 % d’énergie en plus.

En appliquant ceci à un groupe de 7,5 CV en fonctionnement 4 000 heures par an, cela entraîne une surconsommation de 6 789 kWh/an, soit un surcoût annuel de 1086 € (à 0,16 €/kWh) De quoi faire entretenir l’installation convenablement !

L’analyse de la puissance frigorifique installée

Pas besoin d’un camion si une camionnette suffit ! Une installation surdimensionnée génère des pertes de fonctionnement supplémentaires…

Comment évaluer les puissances frigorifiques nécessaires ? Quels sont les ratios ?

On considère généralement qu’une climatisation devient nécessaire dans un local si l’ensemble des apports thermiques dépasse 50 W/m² au sol.

Pour refroidir un local (bureau, par ex), on installera une puissance frigorifique de 60 à 80 W/m² utile (hors circulations) lorsque les besoins sont limités :

Soit parce que des mesures particulières ont été prises pour limiter les apports solaires (stores extérieurs) ou les charges internes (éclairage performant, bureautique avec gestion des puissances,…).

Soit parce qu’il s’agit d’un bâtiment ancien, à forte inertie, pour lequel on souhaite simplement compenser les charges nouvelles apportées par le développement de la bureautique.

On atteindra des puissances de 80 à 120 W/m² lorsque des apports solaires non maîtrisés viennent s’ajouter aux charges internes. Un cas critique apparaît dans les locaux d’angle puisque ceux-ci cumulent les apports solaires de 2 orientations différentes de façade (au pire : un local avec des baies vitrées au Sud et à l’Ouest…).

Des valeurs dépassant 150 W/m² apparaissent lorsque des charges ponctuelles supplémentaires sont placées

salle informatique,
salle de réunion ou de formation,
…

Calculs

Pour se faire une première idée des puissances frigorifiques en jeu dans un local, et l’importance relative de chaque source de chaleur, un logiciel d’évaluation est à disposition : cliquez ici !

L’intérêt d’une récupération de chaleur au condenseur

Principe

Une machine frigorifique extrait la chaleur excédentaire du bâtiment et la rejette à l’extérieur.

Si des besoins de chauffage (de locaux, d’eau chaude sanitaire, …) sont présents simultanément dans le bâtiment, il semble alors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Par exemple, 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.

Domaines d’application

Dans le bâtiment tertiaire, cette technique est moins évidente qu’elle n’en a l’air :

parce que des besoins de réfrigération constants toute l’année existent peu,

parce que les besoins de chauffage et de refroidissement apparaissent généralement en opposition (lorsque les besoins de froid augmentent, les besoins de chauffage diminuent…).

Seul un local informatique présente des besoins de refroidissement permanent, été comme hiver. Mais ce local est traité généralement à partir d’une machine indépendante et celle-ci pourra être refroidie directement par l’air extérieur, en by-passant la machine frigorifique (technique de free-chilling).

Enfin, si l’on imagine un transfert directement au niveau des locaux (refroidir le cœur du bâtiment et réchauffer les locaux en façades), le système DRV (Débit de Réfrigérant Variable) dispose d’une version avec récupération d’énergie apte à réaliser ce type de transfert.

Il n’empêche que si le bâtiment comprend simultanément des besoins de froid (centrale frigorifique de la cuisine collective) et des besoins de chauffage (eau chaude sanitaire des douches), il semble clair qu’une récupération d’énergie doit être étudiée par un bureau d’études.

Des ballons de préchauffage de l’eau chaude sanitaire pré-équipés d’un échangeur en série avec le condenseur de la machine frigorifique existent sur le marché.

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Pour plus d’infos : la mise en place d’une récupération de chaleur au condenseur.

La technique du free-chilling peut-elle s’appliquer ?

Le principe de base du free-chilling est simple :

Lorsque la température extérieure descend sous les … 12°…10°…, l’eau est directement refroidie par l’air extérieur et la machine frigorifique est mise à l’arrêt.

Quelles sont les installations adaptées au free-chilling ?

L’économie d’énergie est évidente si des besoins de refroidissement existent en hiver.

L’intérêt est augmenté si les échangeurs des unités terminales travaillent à « haute » température : ce sera le cas de plafonds froids, ou de ventilos-convecteurs surdimensionnés pour travailler au régime 12°-17°,… Si l’installation demande une puissance de refroidissement faible (de l’ordre de 60 W/m²), on peut même faire travailler les plafonds froids au régime 17° – 19°C, ce qui permet un refroidissement par l’air extérieur pendant un plus long moment de l’année.

De plus, si l’installation dispose déjà d’un refroidissement à eau, une adaptation sera aisée : l’investissement est alors pratiquement nul !

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Pour plus d’infos : la mise en place d’un free-chilling.

Y a-t-il intérêt à placer un stockage de froid ?

Deux techniques sont possibles

insérer une bâche d’eau glacée dans le circuit (sorte de très grand ballon tampon),
créer un stock de glace la nuit et la faire fondre en journée afin de refroidir l’eau glacée du bâtiment.

L’intérêt d’un stockage de froid

D’emblée, soyons clairs : si la bâche d’eau glacée permet d’améliorer le rendement du compresseur (augmentation de la durée de fonctionnement des compresseurs), le stockage de froid ne génère lui aucune économie d’énergie.

Pourtant, le stockage de froid est intéressant à plus d’un titre :

Diminution de la facture électrique

Le kWh frigorifique produit la nuit et/ou en dehors des heures de pointe revient nettement moins cher.

Si la réserve de froid est utilisée au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment, les compresseurs peuvent être délestés, ce qui permet de réelles économies financières sur le coût de la pointe.

Mais lorsque la machine frigorifique « fait de la glace », la température à l’évaporation descend. Elle travaille avec un moins bon rendement que lors du régime normal de préparation de l’eau glacée ! Ceci est partiellement contrebalancé par le fait que la température de condensation va également pouvoir diminuer, suite aux températures plus fraîches de la nuit.

La puissance de la machine frigorifique descend à 60 % … 70 % de sa valeur nominale lorsqu’elle prépare de l’eau glacée. Par exemple, voici l’évolution pour une machine particulière : la puissance lors de la charge de nuit est donc réduite à 324 kW / 458 kW = 71 % de la valeur nominale.

Diminution de la puissance frigorifique installée

Pour les nouvelles installations, il y aura diminution de la puissance frigorifique installée, par étalement de la charge dans le temps, et donc diminution de l’investissement initial en machines frigorifiques et équipements annexes.

Pour les installations existantes, on peut augmenter la charge frigorifique sans augmentation de la puissance électrique installée (c’est intéressant pour des bâtiments en rénovation dont on souhaite augmenter l’équipement bureautique, sans devoir augmenter la puissance du transformateur).

Réduction de l’encombrement des condenseurs/tours de refroidissement en toiture

C’est un avantage lié à l’absence de placement d’une machine frigorifique supplémentaire, mais il faut prévoir la place du stockage lui-même…

Le stockage thermique est volumineux et sera donc généralement limité à une part de la consommation journalière.

Réserve stratégique de froid en cas de rupture de la machine frigorifique

possibilité d’un secours partiel (quelques heures seulement…) en cas de panne de la machine frigorifique ou d’interruption de la fourniture d’énergie électrique, seules les pompes étant alimentées par le groupe de secours. C’est une sécurité parfois recherchée pour les salles ordinateur ou télécommunication.

La rentabilité d’un stockage de glace

La rentabilité d’un stockage de glace s’établit par le rapport entre le surcoût au niveau de l’installation frigorifique et l’économie financière réalisée.

Le surcoût est estimé entre 20 et 30 % de l’installation frigorifique initiale. Cette estimation comprend :

Les bacs à glace : on peut compter 30 €/kWh de stockage pour une petite installation de 2 000 kWh, 25 €/kWh pour une installation de 5 000 kWh, 20 €/kWh pour une belle installation de 10 000 kWh.

Les équipements annexes : pompes, échangeurs,…

L’installation de régulation plus complexe pour la gestion des cycles charge-décharge.

La déduction du prix de la machine frigorifique que l’on a pu économiser.

Ce qui est difficile à chiffrer et qui constitue un frein majeur du développement du stockage de nuit, c’est le volume nécessaire dans le bâtiment pour entreposer les bacs !…

L’économie financière est essentiellement résultante de l’écrêtage de la pointe quart-horaire. L’économie réalisée sur le coût moindre du kWh de nuit par rapport au kWh de jour est proportionnellement plus faible.

Par exemple, prenons le tarif « binôme A – Éclairage » :

Le prix du kWh de jour est de 6,23 c€/kWh (HTVA) contre 4,33 c€/kWh la nuit. En passant dune production de jour vers une production de nuit, l’économie est donc de 21 %. Mais le fait de produire de la glace engendre un abaissement de la température d’évaporation, et le compresseur n’apprécie pas !

Ainsi, un compresseur qui voit la température d’évaporation passer de + 2°C à – 5°C voit son rendement baisser de 20 % environ. Si, parce qu’un échangeur intermédiaire supplémentaire est placé, la température d’évaporation passe à – 10°C, le rendement chute de 30 %… ! En y ajoutant quelques pertes inévitables par les parois des bacs, et les consommations des pompes,… tout le bénéfice est mangé !

Il n’empêche que les installations à – 5°C sont possibles et que l’on peut sélectionner des machines frigorifiques capables de valoriser la faible température nocturne (et donc la faible température de condensation).

Mais c’est sur le coût de la pointe de puissance que le gros de l’économie doit être trouvé (7,8 €/kW de pointe, chaque mois) ! Le temps de retour du projet pour une installation électrique de 500 kW et plus descend sous les 3 ans, d’après les fournisseurs.

Chaque scénario doit être étudié sérieusement. Ainsi, un bâtiment avec une prédominance de consommation électrique en été aura avantage à choisir le tarif horo-saisonnier. Dans ce cas, le délestage du groupe frigorifique durant le 4 mois d’hiver sera très rentable : 13,5 €/kW HTVA. Mais c’est également le moment où la demande de froid est la plus faible… L’équipement peut-il s’amortir sur ces mois d’hiver ?

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Pour plus d’infos : la mise en place d’un stockage de froid.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Entretenir le système de distribution de l’air

Périodicité des inspections et entretiens

L’encrassement du système et des conduits de ventilation est fonction :

du niveau et du type d’activité dans la zone desservie,
du profil d’occupation de cette zone,
du niveau d’étanchéité de la zone (sas présents on au contraire la zone est ouverte à tout vent),
de la pollution de l’air extérieur,
…

Deux types d’inspection et d’entretien peuvent être réalisés : l’un par l’utilisateur qui s’occupera principalement le nettoyage et dépoussiérage des parties directement accessibles du système, le remplacement des filtres et le contrôle des bruits venant du ventilateur, l’autre par l’installateur qui agira sur les parties plus techniques ou moins accessibles de l’installation (conduits, ventilateurs, récupérateur de chaleur,…). Suivant le type d’entretien, la fréquence de contrôle peut être plus ou moins longue :

Pour un contrôle et un entretien régulier par l’utilisateur tous les 3 à 12 mois

le nettoyage des bouches de pulsion et d’extraction, des prises et rejets d’air, y compris les ouvertures naturelles.
le nettoyage et le remplacement des filtres au moins une fois par an, voire plus régulièrement selon les besoins.
L’observation du comportement du système (bruit, vibration, odeurs, …).

Pour un contrôle et un entretien périodique plus important par l’installateur tous les 1 à 4 ans

le contrôle et le nettoyage éventuel des conduits
le contrôle du groupe de ventilation et de ses composants : ventilateurs, échangeur de chaleur, etc.
le contrôle du bon fonctionnement du système.
le réglage du système et des débits.

Dans son étude OPTIVENT, le CSTC préconise à titre indicatif différentes fréquences de contrôle suivant le composants de l’installation de ventilation à entretenir :

Composants	Fréquence
Composants	Inspection	Nettoyage	Remplacement
Ouvertures d’alimentation naturelle	3 mois	1 ans
Prises d’air	3 mois	1 ans
Filtres	1 mois	3 mois	1 ans
Échangeur de chaleur	1 ans	3 ans
Ventilateurs protégés par un filtre	1 ans	3 ans
Ventilateurs non protégés	1 ans	1 ans
Conduits rigides	3 ans	9 ans
Conduits flexibles	3 ans		9 ans
Bouches de ventilation	3 mois	1 ans
Ouvertures d’évacuation naturelle	3 mois	1 ans
Conduits d’évacuation naturelle	3 ans	9 ans

Entretien des batteries, échangeurs de chaleur et conduits

Au fil des ans, les poussières et impuretés se déposent dans toutes les parties de l’installation.

Quand la température et l’humidité sont favorables, cette poussière constitue un bouillon de culture idéal pour une importante flore microbiologique. Cela devient souvent critique aux abords des batteries de chauffe et de refroidissement.

Il en résulte aussi une perte de rendement, une augmentation de la corrosion et du danger d’incendie.

Une inspection visuelle des équipements est donc nécessaire. Pour faciliter celle-ci, un nombre suffisant d’ouvertures doit être prévu pour atteindre les endroits difficilement accessibles (conduits en faux plafond). À partir de ces ouvertures, il est possible d’utiliser des techniques endoscopiques. Suite à ces examens (qui peuvent être complété par une analyse biologique de l’air), les installations seront nettoyées et éventuellement désinfectées.

Lorsque les éléments de l’installation sont facilement accessibles, leur nettoyage ne pose pas de problème.

Trappe de visite pour conduit circulaire.

Pour éviter l’encrassement des canaux, il est recommandé de contrôler, nettoyer et désinfecter ces groupes à intervalles réguliers.

Les batteries

Les batteries de réchauffe et de refroidissement des conduits sont nettoyées via des panneaux d’accès existants ou nouvellement aménagés. En fonction du degré d’encrassement des batteries, différentes concentrations d’agents dégraissants et de désinfectants peuvent être utilisées.

Batterie encrassée suite à une mauvaise filtration.

Les échangeurs de chaleur

Comme les ventilateurs, les échangeurs à plaques doivent être entretenus par un professionnel mais suivant les instructions et recommandations de l’installateur, l’entretien de l’échangeur peut se faire au moyen d’un aspirateur ou d’un pistolet à air comprimé, certains peuvent être nettoyé par immersion dans l’eau (attention à le sécher correctement après).

Les conduits

Il est à noter que les conduits flexibles sont difficilement nettoyable au contraire des conduits rigides. C’est en partie d’ailleurs pourquoi ils ne sont pas recommandés, puisqu’à défaut de pouvoir être nettoyé régulièrement, leur remplacement sera nécessaire.

En ce qui concerne le nettoyage des conduits rigides, on a le choix entre des méthodes conventionnelles, de type essentiellement manuel, et des techniques mécaniques plus avancées. La brosse rotative reste l’élément le plus couramment utilisé.

Le nettoyage des conduits suivant la méthode traditionnelle est une opération à haut coefficient de main-d’œuvre, et par conséquent onéreuse. Avant de pouvoir commencer les travaux de nettoyage proprement dits, diverses opérations préliminaires s’imposent. Dans la plupart des cas, le faux plafond doit être démonté.

En revanche, des techniques modernes permettent de nettoyer l’installation facilement :

Tous les 8 à 10 m. de petits trous de 25 mm de diamètre sont percés dans les conduits d’aération. Ces trous peuvent ensuite être obturés au moyen de bouchons et être reliés directement au faux plafond.

Avant le début des opérations de nettoyage, les conduits d’aération sont contrôlés visuellement grâce à une technique endoscopique via les petites ouvertures.

Ce contrôle permet de faire le point sur la quantité d’impuretés accumulées.

Le nettoyage du réseau se déroule comme suit. Une portion de conduit de 30 à 50 m de long est isolée du reste du réseau. Un puissant appareillage à vide lui est connecté. Un gicleur actionné par air comprimé est introduit dans les petites ouvertures. Les impuretés qui recouvrent l’intérieur des conduits d’aération sont balayées et éliminées par soufflement.

Mise en dépression des conduits de ventilation.

Robot d’inspection des conduits.

Dans certains cas, le gicleur est monté sur un petit robot équipé d’une caméra. Un plus en matière de maniabilité qui garantit une meilleure inspection.

En cas d’encrassement tenace, des brosses rotatives actionnées par air comprimé sont utilisées pour détacher les particules de poussière au préalable.

Les impuretés sont rassemblées et filtrées dans l’appareillage à vide. Après traitement grâce à un système de filtrage au rendement de 99,97 %, l’air d’extraction est renvoyé dans l’atmosphère. Le réseau de conduits étant soumis à une pression négative pendant le nettoyage, le risque de contamination de l’espace environnant est nul.

Les systèmes sont conçus spécialement pour nettoyer les canaux de ventilation avec un maximum d’efficacité et de rapidité sans que la structure existante de l’installation ne doive faire l’objet d’importantes modifications.

La plupart du temps, les systèmes conviennent pour tous les types de réseaux, les installations ne devant n’être ni démontées, ni mises hors service.

Entretien des ventilateurs

En Suisse, on recommande la périodicité d’entretien des ventilateurs suivante :

Quotidiennement : observer les bruits, les vibrations du ventilateur, l’échauffement des paliers, les jauges et appareils de mesure.
Mensuellement : vérifier l’alignement et la tension des courroies et graisser les paliers des ventilateurs.
Semestriellement : vérifier les joints de l’arbre du ventilateur, les registres d’entrée et de sortie, les pales d’entrée, vidanger et remplacer l’huile des paliers lubrifiés.
Annuellement : vérifier les canalisations de graissage pour s’assurer que la graisse ou l’huile s’écoule bien, vérifier les accessoires du ventilateur, régler les appareils de mesure.

De manière générale, l’entretien des ventilateurs doit de préférence être effectué par un professionnel. Mais, conformément aux instructions du fabricants, il est possible de le nettoyer au moyen d’un aspirateur et d’une brosse douce pour les aubes et ailettes. Et ce après le débranchement de son alimentation !

Graisser les ventilateurs

Les composants de ventilateurs, tels les accouplements, les paliers, les bielles et les supports doivent être graissés avec les lubrifiants appropriés, aux intervalles recommandés par le fabricant. Les composants dureront ainsi plus longtemps et le rendement du ventilateur en est augmenté.

Nettoyer les ventilateurs

Pour bien fonctionner, les ventilateurs, tout particulièrement ceux qui déplacent de l’air pollué ou chargé de poussière, doivent être nettoyés à intervalles réguliers. L’accumulation des saletés sur les pales et à l’intérieur du carter augmente les pertes de pression statique et réduit ainsi l’efficacité du ventilateur : les arêtes des aubes sont moins vives et le ventilateur perd également de sa puissance. Cette perte de puissance signifie que l’air aura de la difficulté à se rendre dans les derniers locaux.

Régler le niveau de bruits et de vibrations du ventilateur

Plusieurs facteurs causent le bruit et la vibration

déséquilibre de la roue du ventilateur,
paliers mal ajustés,
isolation insuffisante,
mauvais centrage des joints de l’axe,
corrosion entre l’axe et le palier.

L’équilibre des roues des ventilateurs est ajusté en usine, avant leur installation. Si les contrepoids ne sont plus sur la roue ou si les pales sont écaillées, manquantes ou usées, il y a déséquilibre des roues et réduction du rendement du ventilateur.
Les paliers des ventilateurs endommagés peuvent causer du bruit, de la vibration, une augmentation de la friction et une grande tolérance entre les composants et ainsi réduire la performance des ventilateurs.

On isole le ventilateur en fixant des isolateurs à ressort ou en caoutchouc au niveau des supports. Si les isolateurs ne sont pas suffisamment robustes pour un service donné, le ventilateur est mal soutenu et les raccords souples de la gaine peuvent se déformer et augmenter la résistance au débit.

Un changement dans les vibrations peut être un avertissement qu’un problème se développe avant que le rendement du ventilateur ne soit sérieusement affecté. Dans ce cas, il est bon d’analyser les caractéristiques d’une vibration anormale pour identifier la source du problème et prendre les mesures correctives appropriées.

Entretien des filtres

Les filtres sont les points essentiels garantissant la qualité de l’air pulsé dans les locaux. Les performances intrinsèques des filtres jouent évidemment un rôle important, leur entretien encore plus.

Après un certain temps de fonctionnement (environ 3 000 heures), la perte de charge d’un filtre augmente rapidement dû à son colmatage. Il en résulte :

Une diminution du débit pulsé et une diminution de la puissance absorbée par le ventilateur. On consomme donc moins, mais le débit de l’installation peut chuter en dessous d’un minimum admissible, la répartition volontaire des zones en surpression et en dépression peut être modifiée, sans que l’on s’en rende compte.

Des risques d’infiltrations d’impuretés dans l’installation (air non filtré passant par les espaces presque inévitables existant entre les éléments actifs des filtres et leurs supports).

Si le ventilateur maintient un débit constant, il en découle une surconsommation qui peut après un certain temps être équivalente au coût d’un nouveau filtre.

Une gestion efficace du remplacement des filtres doit comporter un manomètre mesurant en permanence la perte de charge des filtres. Lorsque la perte de charge maximum admissible par le fabricant du filtre est atteinte, le filtre doit être changé. Cette valeur est la limite à partir de laquelle le fabricant ne garantit plus les performances de son filtre et/ou sa résistance mécanique.

La mesure de perte de charge s’effectue avec un manomètre différentiel avec une prise de pression en amont et en aval du filtre. On utilise parfois des manomètres à aiguille avec une aiguille de contrôle à la valeur « filtre sale ».

La perte de charge maximale admissible doit être inscrite sur ou à côté du manomètre.

Remarquons qu’il est fréquent de découvrir des groupes dont les filtres ont été enlevés en raison de leur inaccessibilité ou tout simplement à cause de la dimension particulière de certains filtres, pour un système donné, qui ne sont plus tenus en magasin. Il en résulte une accumulation de matière qui peut réduire fortement l’efficacité des composants du système.

Les filtres doivent donc être inspecter et nettoyer de façon régulière (1 à 3 mois), selon les indications de l’installateur, au moyen d’un aspirateur. Il convient de faire attention a ne pas endommager les parties poreuses et de le replacer correctement en vérifiant son étanchéité à l’air afin que l’entièreté de l’air soit filtré.

Suite à son encrassement, à l’augmentation des pertes de charges décrites ci-dessus, aux odeurs et aux entretiens successifs qui peuvent l’abimer, un filtre voit ses performances baissées et il est recommandé de le remplacer une fois par an. Si possible, celui-ci se fera au début de la saison de chauffe.

En secteur hospitalier, la mise en œuvre de l’entretien :

dans les zones à risque de contamination faible

Elle peut s’effectuer avec des moyens conventionnels de protection du travailleur.

dans les zones à risque de contamination élevé

Dans ce type de zones, l’entretien des filtres absolus est délicat à la fois,

Pour le réseau de distribution et l’ambiance, car la remise en suspension éventuelle de germes augmente le risque de contamination post-maintenance de l’ensemble. Un protocole de maintenance sera mis au point par les responsables techniques et les médecins hygiénistes de manière garantir la qualité particulaire et bactérienne du système.

Et pour l’intervenant technique lui-même. Les dispositions prévues et formulées par le responsable de la sécurité et de l’hygiène des travailleurs seront à appliquer.

Une certification sera nécessaire après intervention afin de rétablir les classes particulaires et bactériennes de la zone et de l’installation (selon la norme NF S90-351).
On y effectuera dans la zone (local et bouche de pulsion et d’extraction) et si nécessaire dans l’installation (gaine, caisson, filtres terminaux, …) :

un comptage particulaire;
une mesure des pressions différentielles;
des prélèvements afin d’évaluer le niveau de contamination bactériologique.

La fréquence des entretiens des filtres absolus est difficile à établir vu que l’on ne sait pas quel est leur niveau d’encrassement dans le temps.
Elle dépend essentiellement :

du niveau de propreté de l’activité menée dans la zone,
des taux de renouvellement,
du profil d’occupation de la zone,
de l’étanchéité du système de traitement de l’air,
…

On n’exclura pas la nécessité, en cas de contamination, de faire fonctionner en recyclage (si existant) toute l’installation avec un puissant désinfectant.

Entretien des prises d’air, des bouches de ventilation et des ouvertures d’alimentation naturelle

Les prises d’air, les bouches de ventilation et les ouvertures d’alimentation naturelle sont les premiers dispositifs en contact avec l’air intérieur ou extérieur. Ils sont donc directement soumis à la pollution et aux poussières de l’air ambiant. Ces dispositifs sont généralement facilement accessibles et peuvent être nettoyer par l’utilisateur.

Si le dispositif le peut, il convient de le démonter pour en faciliter l’entretien. Attention, dans le cas des bouches réglables, il faut le bloquer en position réglée ou s’assurer de pouvoir la remonter et la régler dans la bonne position une fois le nettoyage effectué. Par exemple, en prenant note des débits de conceptions et de la position de réglage.

Le nettoyage s’effectue à l’aide d’un aspirateur et d’un chiffon humide.

Pour les grilles de ventilation naturelle, il ne faut pas oublier de nettoyer l’intérieur et l’extérieur.

Bouche d’extraction sanitaire dans un immeuble de bureaux.

Inspection des courroies

Défaut d’entretien d’une courroie.

Comme surveillance de base, il y a deux contrôles principaux que le personnel d’exploitation peut faire facilement et doit faire lui-même régulièrement, 3 à 4 fois/an.

Tension des courroies

Une courroie trop tendue use rapidement les paliers et la courroie et augmente les pertes de la transmission. Le débit d’air n’augmente pas lorsque la courroie est trop tendue. Une courroie trop tendue siffle souvent au démarrage. Ce phénomène apparaît cependant aussi si la courroie est insuffisante pour la charge à transmettre.

Lorsque la courroie n’est pas assez tendue, les pertes de la transmission augmentent et le débit d’air transporté diminue, car la courroie patine. Il est possible qu’en fin de compte on ne consomme pas plus d’énergie électrique qu’avant, car la diminution de débit peut compenser l’augmentation des pertes de la transmission; par contre, il est sûr que la prestation réalisée par l’installation est diminuée du fait de la perte de débit d’air.
Une tension insuffisante de courroie entraîne un battement de celle-ci.
Il faut savoir que 80 % de tout l’allongement que subit la courroie au cours de sa vie survient pendant les 15 à 20 premières heures de fonctionnement !

Voici un truc indicatif pour régler la tension d’une courroie : il faut tracer 2 repères sur une partie droite de la courroie non tendue, avec l’interdistance L₀ la plus grande possible. La distance entre repères L₁ après tension ne doit pas dépasser :

L₁= 1,006 L₀ pour un entraxe inférieur à deux fois le diamètre de la plus grande poulie,

L₁= 1,008 L₀ pour un entraxe supérieur à deux fois le diamètre de la plus grande poulie.

Usure des courroies

L’usure des courroies augmente aussi les pertes par transmission et peut, le cas échéant, par patinage faire diminuer le débit d’air transporté. Dans le cas des courroies multiples, il faut toujours changer tout le jeu de courroies en même temps et ne prendre que des jeux de courroies appairées. Malgré cela, elles n’ont jamais toujours la même tension, donc le même rendement, ce qui crée des pertes supplémentaires.

Alignement des poulies

Toujours veiller au bon alignement des poulies. Un défaut d’alignement des poulies se marque par une usure latérale des courroies et la présence de poussière noire autour de la transmission.

Usure des poulies

Avec le temps, la gorge est marquée par l’usure (création d’un décrochement sur les faces de gorges); son profil est donc modifié et elle doit être changée.

Spécificités en milieu hospitalier

L’entretien de la distribution d’air en milieu hospitalier est tout à fait particulier du moins dans les zones à risque de contamination modéré ou élevé. Dans les autres départements de l’hôpital, les installations de ventilation seront traitées de la même manière que dans les autres bâtiments du tertiaire.

Dans les zones contrôlées de l’hôpital, il devient de plus en plus courant d’effectuer un contrôle régulier particulaire et microbiologique afin de lutter contre les infections nosocomiales. En Belgique les normes sont basées sur les normes ISO :

ISO 14644 (partie 1 et 2), « Salles propres et environnements maîtrisés apparentés » :

Partie I : « Classification de la propreté de l’air ».
Partie II : « Spécifications pour les essais et la surveillance en vue de démontrer le maintien de la conformité avec la Partie I ».

ISO 14698 (partie 1 et 2), « Salles propres et environnements maîtrisés apparentés » :

Partie I : « Maîtrise de la biocontamination – principes généraux ».
Partie II : « Maîtrise de la biocontamination – évaluation et interprétation des données de biocontamination ».

L’intérêt de ces normes est qu’elles donnent une base de performance des différentes installations de traitement d’air des zones contrôlées en définissant :

la fréquence des essais et des mesurages,
la nature des contrôles à réaliser,
la description des méthodes d’essai et de mesurage.

L’intérêt des contrôles est d’établir :

Une classification particulaire afin de voir l’efficacité de la chaine de distribution d’air et surtout de la chaine de filtration.

Un niveau de contamination biologique et par conséquent mettre en évidence les risques de contamination par éléments pathogènes susceptibles d’engendrer des infections nosocomiales.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir une installation frigorifique : critères généraux

Limiter le surdimensionnement

On connaît le besoin de limiter la puissance d’une installation. Parole d’un installateur : « aucun système de climatisation ne peut apporter le confort si la puissance frigorifique spécifique est élevée ». Mais on ne reviendra pas ici sur cette nécessité de limiter le besoin de froid (limitation des surfaces vitrées, placement de protections solaires, …).

Pour un bâtiment donné, l’objectif est ici de limiter la sur-puissance de l’installation et de ses composants auxiliaires (pompes, ventilateurs, tours de refroidissement,…) et donc d’établir le calcul des charges sur base de paramètres de dimensionnement corrects.

Évaluer

Pour en savoir plus sur l’impact énergétique du surdimensionnement de l’installation frigorifique, cliquez ici !

On peut comprendre qu’un bureau d’études souhaite se protéger de toute contestation ultérieure (manque de puissance). Dans ce but, la tendance est d’utiliser des coefficients de sécurité maximaux… et de surdimensionner l’installation. Par contre, le maître d’ouvrage peut expressément « prendre sur lui » les risques éventuels d’inconfort et préciser au bureau d’études qu’il souhaite des critères plus précis de dimensionnement.

S’il souhaite limiter l’investissement initial et la consommation future, le maître d’ouvrage pourra demander que le dimensionnement des installations de conditionnement d’air soit réalisé :

Sur base de température et humidité extérieures réalistes :

Les valeurs extrêmes qui servent au dimensionnement pour l’été sont souvent de 30°C et 50 % HR (c’est la valeur proposée par l’AICVF, Association des Ingénieurs en Climatique, Ventilation et Froid, pour le Nord de la France), parfois même 32°C est choisi « par sécurité ». Or, le fabricant Carrier (dont la méthode de calcul pour le dimensionnement fait autorité dans le monde entier) propose 28° et 40 % HR pour Lille et 30° et 40% pour Reims.

Il est important de dissocier les valeurs de dimensionnement des valeurs limites de fonctionnement. On peut sélectionner un équipement capable de ne pas déclencher en dessous de 35, voire 40°C. Ainsi, l’appareil dimensionné pour donner sa puissance nominale pour 30° fonctionnera à 40°, tout en ne fournissant pas temporairement toute la puissance requise (40°C = lors d’une période de canicule, où en plus l’air serait localement chauffé par la présence d’une toiture en roofing noir et d’un mur stoppant tout balayage par le vent !).

Par exemple, si on dimensionne sur 30°C, la centrale de traitement d’air risque de ne pas avoir la puissance suffisante par 32°C extérieurs, et donc de pulser l’air hygiénique à 17°C au lieu de 16°C, mais les ventilo-convecteurs (qui ont été dimensionnés avec une incidence très faible de la température extérieure et en choisissant le modèle « juste au-dessus dans la gamme des appareils ») pourront compenser localement ce léger déficit.

De plus, l’IRM atteste que la température à Uccle ne dépasse jamais 30°C sur une année type-moyenne (. Cette température n’est dépassée que quelques jours par an durant les années « chaudes ».

Répartition des conditions climatiques à Uccle sur base de l’année-type moyenne de l’IRM. Un point correspond à 1 h. Cela signifie l’heure pour laquelle la charge énergétique extérieure est la plus grande (correspond à l’enthalpie maximale) correspond à l’enthalpie du point (30°C et 50%).
Dimensionner sur base d’un point correspondant à 30°C, 40% ne laisse « échapper » que quelques heures par an.

Un cahier des charges qui impose un dimensionnement sur base de 30° et 40%, voire même, 28° et 40% HR limitera les consommations durant toute la vie des équipements.

C’est le responsable du bureau d’études qui demandera au fournisseur de sélectionner un appareil qui ne déclenche pas par action du pressostat de sortie du compresseur pour une température trop faible.

Sur base de température et humidité intérieures « enveloppes » qui réservent une « zone neutre » :

Les puissances frigorifiques seront établies sur base d’une température de consigne minimale de 24°C en période de refroidissement, le critère énergétique optimum étant de 26°C. L’AICVF propose une température de l’air de 25°C, saufs locaux particuliers.

À noter que la température de 26°C n’est pas pour autant la température de consigne permanente. C’est la température de dimensionnement pour une température extérieure extrême. Cela signifie que, par très forte chaleur extérieure, le bâtiment pourrait « monter » jusqu’à 26°C. Or, les occupants venant d’une température élevée à l’extérieur apprécieront que l’écart thermique ne soit pas trop important.

Dans le cas de la technique de climatisation par plafonds froids, une température d’air de 26°C génère un confort équivalent à une température de 24°C obtenue avec un système classique du type ventilo-convecteur, grâce à l’effet de rayonnement frais sur les têtes des occupants.

Un tel niveau de consigne permet l’existence d’une zone neutre entre la consigne d’hiver et la consigne d’été, gage de ne pas voir les productions de chaud et de froid fonctionner simultanément dans le bâtiment.

Sur base de besoins d’air de ventilation limités

Le respect du RGPT est souvent la base du calcul 30 [m³/h.pers] mais la norme européenne NBN EN 13779: 2004 (Ventilation dans les bâtiments non résidentiels-Spécifications des performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation) peut constituer une nouvelle référence de base opposable. Il propose 3 débits d’air neuf à respecter en fonction de la qualité de l’ambiance à respecter (dans des locaux dont la pollution principale est d’origine humaine) pour les locaux sans fumeur en fonction de la qualité d’air souhaitée :

Norme européenne EN 13779: 2004 pour les locaux sans fumeur.
Catégorie de qualité d’air	Débit d’air neuf
Excellente qualité (niveau ambiant de CO₂< 400 ppm au dessus du niveau extérieur).	> 54 [m³/h.pers]
Qualité moyenne (niveau ambiant de CO₂ 400-600 ppm au dessus du niveau extérieur).	de 36 à 54 [m³/h.pers]
Qualité acceptable (niveau ambiant de CO₂ 600-1 000 ppm au dessus du niveau extérieur).	de 22 à 36 [m³/h.pers]
Faible qualité (niveau ambiant de CO₂ > 1 000 ppm au dessus du niveau extérieur).	< 22 [m³/h.pers]

Sur base de taux d’occupation des locaux prédéfinis en fonction de leur usage

Il est important d’informer le bureau d’études de l’occupation des personnes la plus réaliste. En cas de doute, on sollicitera la mise en place d’une gestion de la ventilation en fonction des besoins.

Sur base de niveaux d’apports internes prédéfinis en fonction du niveau d’équipement

L’équipement prévisible des locaux doit lui aussi être défini avec soin si l’on ne désire pas que le bureau d’études se base sur des valeurs standards qui sont parfois bien au-delà de la réalité : le 25 W/m² pris traditionnellement pour estimer les charges de la bureautique par exemple, n’est plus atteint aujourd’hui, sauf dans des secteurs spécifiques comme le secteur bancaire.

Sur base de besoins de déshumidification limités

Traditionnellement, sauf indication contraire, le bureau d’études dimensionne sur base d’un taux d’humidité de 50 % intérieur. Or le corps humain n’est pas sensible à l’humidité dans la fourchette de 35 à 65 % HR. La déshumidification d’été est donc coûteuse, d’autant qu’elle risque de générer l’enclenchement de la post-chauffe pour ne pas pulser un air trop froid dans l’ambiance. Ce qui est dommageable au niveau énergétique.

Un dimensionnement basé sur une humidité intérieure de 60 % est suffisant et recommandé.

Remarque : dans la technique des plafonds froids, un taux d’humidité particulièrement bas est requis pour limiter le risque de condensation dans les locaux.

Sur base de coefficients de foisonnement réalistes

Sur les puissances moyennes d’équipements, sur les taux d’occupation, . des coefficients de foisonnement peuvent être appliqués sur base de l’idée que tout le monde n’est pas toujours présent en même temps. Une étude réaliste des taux d’occupation prévisible est nécessaire.

Sur base d’un fonctionnement 24h/24 en période de canicule

Le temps de fonctionnement supposé de l’installation frigorifique va influencer les résultats (fonctionnement 12h/24 ? 16h/24 ? 24h/24 ?). Un dimensionnement sur base d’un fonctionnement 24h/24 va diminuer la puissance installée (et donc le coût d’investissement) et donc permettre un meilleur rendement durant toute l’année.

La régulation de base travaillera au régime 8h00 – 18h00 et, en cas de canicule, la régulation prolongera automatiquement la période de fonctionnement (en fonction du maximum atteint par la température extérieure, par exemple).

Exemple.

1. En collaboration avec le bureau d’études de Tractebel, un test à été fait sur un immeuble de bureaux pour tester l’impact de la période de fonctionnement des équipements. Les résultats sont très variables en fonction de l’inertie du bâtiment :

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
lourd	12h/24	0,8	99	100 %	–
lourd	16h/24	0,8	86	87 %	– 13 %
lourd	24h/24	0,8	84	85 %	– 15 %

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
léger	12h/24	0,8	113	100 %	–
léger	16h/24	0,8	112	99 %	– 1 %
léger	24h/24	0,8	112	99 %	– 1 %

L’acceptation de faire fonctionner les équipements pendant 16h/24 au lieu de 12 lors de pointes de chaleur permet de sous-dimensionner les équipements de 13 %, si l’inertie du bâtiment est élevée. L’impact est inexistant sur les bâtiments légers.

2. L’impact de l’inertie sur la valeur de la puissance installée nous a motivés à creuser ce paramètre. Voici les résultats (toujours valable pour l’immeuble étudié) :

Inertie	Durée de fonct. équip.	Facteur solaire baies	Puiss. en W/m²	Puissance relatives	Différence
lourd	24h/24	0,8	85	100 %	–
moyen	24h/24	0,8	91	108 %	+ 8 %
léger	24h/24	0,8	111	132 %	+ 32 %

Un bâtiment léger va majorer la puissance frigorifique de l’ordre de 30 % !

3. Voyant l’intérêt de nos lecteurs passionnés par l’étude, divers compléments ont été encore testés pour relativiser les impacts :

La prise en compte d’un facteur d’occupation du bâtiment de 80 % permet de sous-dimensionner les équipements de 9 %. (dans les tableaux ci-dessus le facteur d’occupation était de 100 %)

Une réduction drastique du facteur solaire des baies permet de sous-dimensionner les équipements frigorifiques de 42 %.

La couleur des parois extérieures est sans influence sur le dimensionnement.

Prévoir les outils de gestion

À l’image d’un moteur diesel, une installation frigorifique sera d’autant plus efficace qu’elle travaille sur des longues périodes, sans arrêts successifs.

A l’aide d’une horloge, il sera utile de pouvoir minimiser le temps de marche du système de réfrigération en fonction des périodes d’occupation du bâtiment et de la charge de refroidissement. Si l’on prévoit un système de régulation numérique, il peut être imaginé de rendre ces temps de fonctionnement dépendants de la température extérieure. Par période de forte chaleur, on pourra alors laisser fonctionner les équipements 24h/24.

Attention : l’horloge ne doit pas redémarrer l’installation en période de tarif électrique défavorable, pour limiter le coût de la pointe de puissance quart-horaire.

Pour permettre cette gestion lorsque parmi les utilisateurs, certains demandent une production de froid permanente, il peut être intéressant de dissocier les productions de manière à éviter de faire fonctionner en continu, notamment en hiver, une machine frigo beaucoup trop puissante par rapport aux besoins.

Créer un réseau d’eau glacée qui favorise une température élevée à l’évaporateur

Un régime de fonctionnement qui s’adapte aux besoins réels du bâtiment

Le bureau d’études dimensionne l’installation afin qu’elle puisse répondre aux conditions extrêmes de température extérieure (30°C) et d’ensoleillement (ciel serein).

Souvent, pour limiter le coût d’investissement, il prévoit pour la boucle d’eau glacée un régime départ 6° – retour 11°.

Or la boucle d’eau glacée circule dans un bâtiment à 22°…24°C. Elle présente donc des pertes tout au long de son parcours. En rehaussant la température de départ de l’eau, on diminue le Delta T° et donc les pertes des tuyauteries.

De plus, l’air ambiant condense en dessous de 12°C environ. Beaucoup d’énergie du compresseur sera donc consacrée à déshumidifier l’air dans les échangeurs, déshumidification qui n’est souvent pas nécessaire.

Enfin, le compresseur verra son travail diminuer si la température d’évaporation est augmentée.

Faire travailler le réseau d’eau froide au régime 12° – 17° est donc beaucoup plus efficace.

Comment ? Divers concepts d’installation sont possibles afin de mieux « coller » aux besoins variables.

Adopter des échangeurs à haute température

Il faut « faire du froid » avec l’équipement « le plus chaud possible » !

Le plafond froid est très performant à ce sujet : il profite de l’importante surface qui lui est donnée pour faire du froid avec de l’eau comprise entre 15 et 18°C.

Le ventilo-convecteur peut être également efficace pour autant qu’il soit choisi pour fonctionner au régime 12° – 17°C. Mais l’échangeur du ventilo devra alors être surdimensionné. Donc un coût d’investissement et un encombrement plus importants.

L’ unité terminale du système de climatisation à Débit de Réfrigérant Variable est également très performante puisque la régulation numérique va adapter la température de refroidissement aux besoins effectifs de déshumidification de la pièce : la température du fluide frigorigène ne descendra à 6°C que lorsque le local sera en demande de déshumidification.

Réaliser une température glissante par vanne 3 voies sur le départ de la boucle d’eau glacée

Par exemple, adopter les régimes suivants pour le départ de l’eau froide : 6° en été, 9° en mi-saison, 12° en hiver.

Pour que cette solution convienne, il faut que le profil de consommation du bâtiment soit fortement lié à l’évolution de la température extérieure. En climatisation, c’est le cas lorsque les besoins de réfrigération sont ceux liés au traitement de l’air neuf. Par contre, les apports dus aux machines, à l’éclairage, aux personnes sont constants. Les apports solaires sont plus ou moins liés à l’évolution de la température extérieure (c’est en été que température et soleil sont au maximum) mais le soleil peut être important certaines journées d’avril…

En mi-saison, l’installation pourra toujours répondre à un apport solaire momentané, mais proportionnellement avec une puissance maximale plus faible puisque la température de départ de l’eau glacée sera plus élevée. Cette régulation peut se faire, soit manuellement (2 ou 3 adaptations par an), soit automatiquement. Dans ce cas, il faudra trouver l’emplacement du capteur qui sera fidèle des besoins de l’installation.

Parallèle : en chauffage, un régulateur avec courbe de chauffe adapte la température de départ en fonction de la sonde extérieure.

Exemple.

Soit le réseau alimentant la batterie de froid du caisson de préparation de l’air neuf (débit = 50) et le réseau d’eau glacée (débit = 100).

Si les deux réseaux sont au régime 7 – 12, la température moyenne à l’évaporateur est de 9,5°C.

Si le réseau d’eau glacée passe au régime 12 – 17, la température moyenne à l’évaporateur passe à 10,75°C, soit une hausse de 1,25°C.

Cet impact est faible, mais il aura lieu durant toute la vie de l’installation, et il se cumulera aux pertes par tuyauteries plus élevées et à la consommation de latente plus forte également.

Réaliser des réseaux d’eau froide distincts, avec une modulation par vanne 3 voies sur chaque départ

Si l’installation comporte plusieurs types de locaux dont les besoins sont différents, cela se complique !

Par exemple, imaginons qu’il existe un local à apports internes importants et constant (salle informatique par exemple) et dont la puissance des émetteurs est juste suffisante : il devront toujours être alimentés à 6°. Si par ailleurs, plusieurs locaux plein sud avec larges baies vitrées présentent des besoins liés à la température extérieure et à l’ensoleillement, une modulation de la température de départ de ce circuit sera intéressante.

On peut alors réaliser des circuits différents commandés à des températures différentes, via des vannes trois voies motorisées. Ici, on ne modulera que la température du circuit « locaux plein sud ».

Parallèle : en chauffage, il apparaît normal de séparer les circuits en zones thermiquement homogènes (façade Sud, façade Nord,…), puis de moduler la température de départ de chaque circuit en fonction des besoins de la zone qu’il alimente. Ne disposer que d’une seule boucle d’eau glacée à 6°, c’est un peu comme si le chauffage n’était alimenté que par une seule boucle à 90°… !

Réguler les équipements terminaux sur le débit, en fonction de la température de retour

En thermique, il existe deux manières de réguler : agir sur le débit ou agir sur la température.

Moduler le débit sous-entend conserver une température constante.

En chauffage, le régime de température adopté lors du dimensionnement du matériel est élevé : généralement 90° – 70°. Ceci entraîne un écart de température élevé par rapport à l’ambiance et donc des pertes de maintien élevée. On aura donc tout intérêt à réguler sur la température.

En réfrigération, par contre, le régime classique 6° – 11° ou 7° -12° présente peu d’écart par rapport à l’ambiance. De plus, le débit est important (à puissance égale, il faut 4 fois plus de débit pour transporter du froid que du chaud puisque le Delta T° est 4 fois plus petit) et sa modulation est plus aisée. Si les besoins sont fort variables, on sera dès lors plus facilement tenté par une régulation sur le débit, avec une température de départ constante, une température de retour la plus élevée possible… et des économies d’énergie sur le transport de l’eau par l’utilisation d’une pompe à vitesse variable. Cependant, un débit minimum dans l’évaporateur est requis par le constructeur, sous peine de le geler à certains endroits. L’installation devra comprendre un by-pass de recyclage ou un découplage hydraulique par une bouteille casse-pression.

Cette technique nécessite des éléments terminaux (comme les ventilo-convecteurs, les centrales d’air, les sous-stations, …) régulés avec des vannes deux voies. Lorsque les besoins diminuent, le débit total de la boucle diminue également. Pour maintenir la pression constante aux bornes des équipements, on utilise des pompes à débit variable pilotées soit par la température de retour, soit par la pression.

Par opposition à la possibilité de régulation sur sonde extérieure, on réalise ici une régulation sur boucle fermée plus fidèle aux besoins du bâtiment. Pour l’évaporateur, ce n’est plus la température de départ qui est augmentée, mais la température moyenne de fonctionnement (régime 6° – 14° par exemple). La température moyenne à l’évaporateur est donc augmentée, ce qui est favorable.

Placer les consommateurs en série en fonction de leur température de fonctionnement

Pour augmenter la température à l’évaporateur, on peut penser à trois solutions :

Augmenter la température de départ de la machine frigo : cela sera possible si tous les utilisateurs demandent une température d’eau plus élevée.

Freiner le débit à l’évaporateur : c’est limiter car il faut irriguer en permanence la machine frigorifique à un débit minimal (voire constant) imposé. À défaut de débit insuffisant à l’évaporateur, la machine se mettra en sécurité.

Placer les échangeurs frigorifiques en série en fonction de leur température de travail : l’alimentation des unités terminales sera greffée en série, après la batterie froide du caisson de traitement d’air.

De plus, on préférera un couplage en injection car il permet de couper l’alimentation d’un échangeur sans perturber le reste de l’installation.

Une seule condition de bon fonctionnement : le débit de la boucle primaire doit toujours être >> débit de chaque boucle partielle (pour éviter toute inversion dans le by-pass).

Insérer un réservoir tampon

Un ballon tampon amplifie l’inertie thermique de l’installation, ce qui prolonge la durée de fonctionnement des compresseurs. Il permet de résoudre le problème de l’anti-court cycle (c’est-à-dire la temporisation du démarrage si l’installation vient de s’arrêter) et de prolonger la durée de vie du matériel en diminuant le nombre de démarrages par heure ou par jour.

De plus, cela permet également de réguler le compresseur en fonction de la température du ballon-tampon, ce qui est une bonne solution.

On dimensionne un ballon tampon de telle sorte que son stockage corresponde à 5 à 10 minutes de la consommation en eau glacée.

Schéma bâche tampon simple.

On peut amplifier encore cette possibilité en insérant une bâche à eau glacée dans l’installation. Cette solution peut permettre de diminuer la pointe quart-horaire de l’installation par délestage des groupes frigorifiques.

Choisir une régulation numérique

Quel intérêt ?

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 d’une gestion globale du système qui vient se superposer aux équipements décrits ci-dessus.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

Possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement,… à distance.

Régulation modulante de la température par l’usage d’un détendeur électronique.

Possibilité de réaliser un délestage du groupe au moment de la pointe ¼ horaire du bâtiment.

Visualisation meilleure du fonctionnement par mesure des pressions et des températures tout au long du cycle.

Estimation des performances, de l’énergie consommée …

Il suffit d’imaginer la difficulté d’un technicien appelé pour résoudre une panne pour comprendre tout l’intérêt d’enregistrer différents paramètres de l’installation.

Exemple d’entretien prévisionnel.

Les pressions d’entrée et de sortie d’un compresseur et les mesures des températures d’entrée et de sortie du frigorigène de cette machine ont été repérés lors de la mise au point de l’installation. Si la température de refoulement est plus élevée qu’elle ne le devrait, c’est que ce compresseur a un problème d’étanchéité de clapet. Il faut agir.

Exemple de délestage.

Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupes frigorifiques de telle sorte que ceux-ci ne s’enclenchent pas simultanément au démarrage des fours à pain, lorsque le bâtiment est en période de pointe électrique.

L’inertie des équipements frigorifiques est telle que l’arrêt de quelques minutes ne pose pas de difficulté majeure. Et l’économie tarifaire est appréciable !

Quels paramètres faut-il superviser dans une GTC de machine frigorifique ?

La réponse est fonction de l’importance de l’installation et de la qualité du personnel d’intervention pour en exploiter les résultats. On trouvera dans la maintenance des installations frigorifiques une liste de paramètres qui peuvent être suivis.

Améliorer

Pour en savoir plus sur la maintenance de l’installation frigorifique, cliquez-ici !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Climatisation de locaux aveugles à l’hôpital des Fagnes de Chimay

Description de la situation

Quatre petits locaux de consultation, situés au rez-de-chaussée de l’hôpital, sont à rénover. Faut-il les climatiser ? Une ventilation peut-elle suffire ? Quelle solution choisir ?

Étudions l’un d’entre eux comme local-test.

Hypothèses

1 local aveugle, dont on maintient la température à 24°C, été comme hiver. On considère que les locaux voisins sont à même température, donc pas d’échanges thermiques par les parois. Le système doit évacuer la chaleur produite par les différentes charges internes.

A priori, il n’y a pas d’apport de chauffage à prévoir (puisque le local se chauffe par ses propres apports internes), sauf éventuellement pour préchauffer l’air de ventilation.

Estimation des charges internes

Surface du local (3,5 m x 4 m) : 14 m²
Volume du local (14 m² x 2,8 m) : 39,2 m³

Chaleur sensible à 24°C :

2,5 personnes x 71 W/pers : 178 W
Éclairage : 11 W/m² x 14 m² : 154 W
Ordinateur : 160 W
Divers (frigo, matériel,…) : 100 W

Total : 592 W
Puissance/m² : 42,3 W/m²

Bilan annuel des charges à évacuer

Utilisation 10h/jour en semaine : 29,6 kWh/semaine
Utilisation 52 semaines/par an : 1 539 kWh/an

Débit de ventilation hygiénique

30 m³/h.pers x 2,5 = 75 m³/h
Taux de renouvellement horaire : débit/volume 1,9 1/h

Solution 1 : ventilation à débit constant

Peut-on se passer de la climatisation ? Peut-on assurer le confort de ces locaux par une simple ventilation ? Après tout, durant tout l’hiver, l’air extérieur est froid et permet une réfrigération gratuite. Et en été, il est possible de rafraîchir le local la nuit…

Cas d’une ventilation hygiénique (24h/24h)

Une simple pulsion mécanique est organisée, et les débits d’air (ici, 75 m³/h, soit 1,9 renouvellement horaire) sont évacués par les inétanchéités du local.

On suppose une ventilation à débit constant, basée sur une température de pulsion minimale de 16°C (soit un écart maximal de 8°C par rapport à l’ambiance). Pendant la nuit, la ventilation est poursuivie si T° > 22°C.

Cette ventilation est-elle suffisante pour assurer une température confortable ?

S’il s’agit d’une simple ventilation hygiénique, la réponse est clairement non. La simulation durant une année climatique-type moyenne fournit les résultats suivants

Si le local est de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), la température de 26°C est dépassée 1 650 heures par an (sur un total de 2 600 heures d’occupation du local), la température de 30°C est dépassée 158 heures par an.

Si le local est de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), la température de 26°C est dépassée 1 570 heures par an, la température de 30°C est dépassée 6 heures par an.

Cas d’une ventilation renforcée

Que se passe-t-il si le débit de ventilation est doublé et que l’on admet que la température ambiante du local fluctue entre 22°C en hiver et 26°C en été ?

Le débit pulsé est de : 150 m³/h
Soit un taux de renouvellement de : 3,8 1/h (débit/volume)

On notera qu’un tel débit nécessite cette fois l’installation d’un double réseau : un réseau de pulsion et d’un réseau d’extraction.

Détails de fonctionnement.

En hiver, en journée, si T°ext < 16°C, un préchauffage de l’air à 16°C est réalisé.

En été, si la T°ext > 24°C, la ventilation continue quand même…

La nuit, si Tint > 22°C, la ventilation se poursuit mais sans préchauffage.

L’apport frigorifique maximal est de :

cap. cal de l’air x écart de soufflage x débit =

0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K] x 150 [m³/h] = 408 Watts

Ce qui montre que, malgré un débit 2 fois plus élevé que le débit minimum hygiénique, le rafraîchissement reste inférieur à la charge thermique du local (592 Watts).

Résultats de la simulation

On considère deux types de locaux (avec faible ou forte inertie) et le bilan est fait sur les 10 heures de fonctionnement en semaine.

Inertie	Nbre d’heures T°int > 26°C	Nbre d’heures T°int > 28°C	Nbre d’heures T°int > 30°C
Faible	240	60	11
Élevée	140	14	4

Quel est le coût d’exploitation de cette solution ?

En réfrigération : 0 €, bien sûr.

En chauffage, il faut prévoir le préchauffage de l’air lorsque la température extérieure est inférieure 16°C, soit 75 % du temps ! Cela représente un besoin net de 1 113 kWh/an.

La consommation de combustible s’en déduit :

(Besoins nets / rendement système de chauffage) x prix de revient du combustible

En partant d’un litre de fuel à 0,25 € pour 10 kWh produits,

(1 113 [kWh/an] / 0,8) x 0,025 [€/kWh] = 34,775 € /an

-> soit 2,5 €/m²/an
Si le chauffage se fait par une résistance chauffante électrique :

(1 113 [kWh/an] / 1) x 0,115 [€/kWh] = 125,225 €/an

-> soit 8,95 €/m²/an
En ventilation, il faut estimer la consommation des ventilateurs d’extraction et de pulsion qui tournent tant que T°_int > 22°C, soit 3 180 heures/an.

En supposant un réseau pour les 4 locaux de 800 Pascals de perte de charge (pulsion + extraction), on obtient :

Puissance Ventilateur = débit x pertes de charge / rendement

= 150 [m³/h/local] x 4 [locaux] x 800 [Pa] / (0,45 x 3 600 [s/h]) = 296 Watts

Coût ventilation = puissance x temps de fonctionnement x prix du kWh

= 0,296 [kW] x 3 180 [h] x 0,1 [€/kWh] = 94,13 €

-> soit 6,72 [€/m²/an]
(le prix du KWh est basé sur 2 600 Heures Pleines, 580 Heures Creuses et une participation à la pointe de puissance quart-horaire; le rendement de 0,45 est le rendement total du groupe de ventilation, assez faible pour ces petits débits)

Récapitulatif du coût d’exploitation
–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	0	8,95	6,72	15,67
Chauffage combustible	0	2,5	6,72	9,22

Conclusions

Le confort des occupants reste médiocre puisque la température intérieure dépasse 28°C durant 60 heures dans le cas du local avec faible inertie.

Seul le local à forte inertie parvient à maîtriser la surchauffe parce qu’il lui est possible de « déstocker » la chaleur durant la nuit, par le refroidissement nocturne.

Attention : la simulation est basée sur une année type-moyenne à Uccle. Or, dans l’année type-moyenne utilisée, la température ne dépasse jamais les 30°C. En cas d’été très chaud, la situation sera donc plus critique encore…

Si le débit d’air de ventilation était encore augmenté, les surchauffes diminueraient encore mais les besoins de préchauffage de l’air de ventilation augmenteraient !

Par exemple, avec un débit d’air de 8 renouvellements horaire, et une faible inertie, le nombre d’heures où la température dépasse 28°C est ramené à 20 heures par an, mais la consommation pour le préchauffage hivernal double : 2 200 kWh/an, … et un tel renouvellement horaire n’est pas aisé à réaliser sans inconfort.

La nécessité de prévoir un circuit de reprise, ainsi que le besoin de préchauffage de l’air de ventilation entraîne l’intérêt d’analyser le cas où il y aurait un recyclage de l’air (solution 3).

Solution 2 : climatiseur plafonnier

Un climatiseur est placé au plafond de chaque local.

L’évacuation de la chaleur sera prévue par un condenseur dans la cour extérieure (?) ou sur le toit de l’extension (?). Idéalement, il serait préférable de récupérer cette chaleur dans un local voisin (?). Par exemple, un sas d’entrée où le condenseur serait inséré dans un rideau d’air chaud, gratuitement alimenté par le refroidissement des locaux ! Pour le plein été, un condenseur complémentaire devrait être prévu pour évacuer la chaleur excédentaire. Autre solution : le condenseur pourrait préchauffer l’air neuf de ventilation.
Il sera énergétiquement plus efficace de raccorder tous les évaporateurs sur un même condenseur extérieur (système multisplit). De plus, on sélectionnera un appareil dans lequel le compresseur est « enveloppé » dans une coquille synthétique, réduisant ainsi la diffusion du bruit.

Par ailleurs, un réseau de distribution d’air neuf hygiénique doit être installé.

Soit en pulsant l’air hygiénique dans les locaux (l’air s’échappant par les inétanchéités des locaux) :

Soit en plaçant un réseau d’extraction d’air et des grilles dans les portes (l’air est préchauffé dans le couloir, ce qui est favorable en hiver (chauffage par combustible) mais défavorable en été… ) :

Bilan énergétique annuel

On suppose un coefficient d’efficacité frigorifique moyen de 2,25 en tenant compte de la consommation des ventilateurs au condenseur et à l’évaporateur.

On table sur un prix du kWh (HTVA) de 6,75 € le jour de semaine et de 4,33 € le week-end, plus une pointe de puissance mensuelle de 8,7 €/kW (tarif Binôme A).

Bilan annuel des charges à évacuer : 1 539 kWh
Consommation électrique du climatiseur / local : 1 539 kWh / 2,25 = 684 kWh/an

Coût de fonctionnement du climatiseur

Puissance électrique en fonctionnement 592 / 2,25 = 263 W ou 0,26 kW
Coût : 684 [kWh/an] x 6,75 [c€/kWh] + 0,26 [kW] x 8,7 [€/kW] x 12 = 73,314 €/an soit 5,24 €/m²/an

D’autre part, l’évaporateur du climatiseur est à une température inférieure au point de rosée de l’ambiance, il va provoquer une consommation supplémentaire correspondant à 60 Watts/pers. (chaleur latente).

2,5 pers. x 60 Watts/pers = 150 W
soit une augmentation de 150 [W] / 592 [W] = 25 % du coût de refroidissement
Consommation en froid totale : 5,24 [€/m²] x 1,25 = 6,55 €/m²/an

Coûts supplémentaires liés à la ventilation

On considère la température intérieure maintenue à 24°C.

Si la température de l’air extérieur est inférieure à 24°C, on peut le pulser dans le local et il viendra diminuer la charge du climatiseur.
Si la température de l’air extérieur est supérieure à 24°C, on doit en tenir compte en charge supplémentaire.

Sur base d’un fichier météo représentant une « année-type moyenne » :

En journée, de 8 à 18h00, il y a 3 570 heures inférieures à 24°C avec une température moyenne de 10,6°C.
En journée, de 8 à 18h00, il y a 70 heures supérieures à 24°C avec une température moyenne de 25,8°C.

Si la pulsion est de 75 m³/h en hiver, on économise sur le refroidissement :

75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (24 – 10,6) [K] / 1 000 = 871 [kWh/an]

-> soit : 62 [kWh/an/m²]

Si la pulsion est de 75 m³/h en été avec T° > 24°C, on augmente les besoins de refroidissement :

75 [m³/h] x 0,34 [Wh/m³.K] x 3 570 [h/an] x (5/7) [jours/semaine] x (25,8-24) [K] / 1 000 = 2,3 [kWh/an]

-> soit : 0,2 [kWh/an/m²]

Mais ce calcul doit être affiné :
Si l’air de ventilation est inférieur à 16°C, il doit être préchauffé. Le pouvoir de rafraîchissement est limité et une consommation de chauffage apparaît.
Après calcul, on constate que préchauffer cet air à 16°C en hiver entraîne une consommation de 400 kWh, et que l’effet de rafraîchissement de l’air n’est plus que de 471 kWh (le total faisant les 871 kWh).

Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec une résistance électrique, il entraîne un coût supplémentaire de :

400 [kWh] x 0,11 [€/kWh] = 45 [€/an], soit 3,2 [€/an/m²]

Si le chauffage de l’air de ventilation est fait avec le système de chauffage du bâtiment, (directement par un échangeur thermique ou indirectement en puisant l’air dans les couloirs), le coût peut être estimé à :

400 [kWh] / 0,8 x 0,025 €/kWh = 12,5 [€/an], soit 0,89 [€/an/m²]

Coût de fonctionnement du ventilateur

Puisque le coût des ventilateurs de la climatisation est déjà intégré dans le facteur d’efficacité frigorifique, il ne reste qu’à estimer les consommations du ventilateur d’air hygiénique. On reprendra la méthode prise pour la solution 1, mais cette fois avec un débit réduit de moitié et des pertes de charges de 600 Pa puisqu’il s’agit d’un réseau simple flux et un temps de fonctionnement de 2 600 heures en Heures Pleines.

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateur [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	6,55	3,2	2,1	11,85
Chauffage combustible	6,55	0,89	2,1	9,54

Analyse du confort

T° de l’air pulsé (sur base d’un catalogue de fabricant) : …8… °C ! (si t°_amb = 27°C et si 20 % de l’énergie frigorifique est utilisée pour la condensation de la chaleur latente).

Pour gagner de la place, les constructeurs conçoivent des évaporateurs très compacts. Aussi, pour donner leur puissance frigorifique, ils travaillent avec un fluide frigorigène à très basse température. L’air de pulsion en sera également très froid.

On constate que cette solution risque d’entraîner un réel inconfort dans ce type de petit local, l’air étant pulsé à trop basse température.

En pratique, l’air ne devrait pas descendre en dessous des 14 à 16°C (écart de soufflage de 8 à 10°C), et encore, avec des bouches présentant des taux d’induction de l’air très élevés (mélange rapide de l’air pulsé avec l’air ambiant).

La présence du climatiseur directement dans le local est par ailleurs une source de bruit peu agréable… De plus, il faut limiter le bruit des compresseurs à l’extérieur…

Amélioration

Une première solution consiste à choisir un appareil dont l’évaporateur est surdimensionné (ainsi que son ventilateur), et dont le compresseur est un scroll pouvant travailler à vitesse variable (régulation INVERTER). La vitesse sera alors toujours adaptée aux besoins réels du local, évitant le fonctionnement en ON-OFF, c.-à-d. « recevoir un jet d’air glacé ou … rien du tout » !

Une autre solution consiste à préparer l’air dans un caisson de climatisation, puis à le distribuer par un réseau de gaines dans les différents locaux : cette fois la température de l’air peut être mieux maîtrisée et le bruit est étouffé par la présence d’une gaine (et d’un éventuel absorbeur acoustique supplémentaire). C’est la solution 3 détaillée ci-dessous.

Solution 3 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel

La climatisation des locaux étudiés requiert du froid toute l’année. Or, en mi-saison et en période hivernale, soit 75 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C.

D’où la nouvelle idée testée ici : pourquoi ne pas profiter davantage de cet air extérieur frais ? Tout en plaçant une batterie froide dans un caisson de préparation pour vaincre les pointes de chaleur de l’été.

Déterminons l’installation capable de reprendre la charge maximale de 592 W. Le principe du calcul consiste à dire que la température intérieure sera maintenue sur 24°C intérieur et que l’apport d’air frais compensera exactement les charges :

Débit d’air = Puissance / (cap. calor. de l’air x ΔT°)

Débit = 592 [W] / (0,34 [Wh/m³.K] x (24 – 16) [K]) = 217 [m³/h]

Installons une climatisation tout air de 225 m³/h, soit 3 fois le débit d’air hygiénique. Le taux de brassage de l’air sera de 5,7.

Remarque : par simplification, il n’est pas tenu compte ici des consommations liées à l’humidification ou à la déshumidification de l’air.

Situation 1 : la température extérieure est inférieure à 0°C (soit 5 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, on puisera le débit d’air extérieur minimum hygiénique (75 m³/h) pour le mélanger avec un maximum d’air recyclé (150 m³/h).

Exemple.

Si T°_ext = – 4°C,

T° de mélange = (75 m³/h x (- 4°C) + 150 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/3 x (- 4°C) + 2/3 x 24°C = 14,7 °C

Cet air sera ensuite réchauffé pour atteindre les 16°C de pulsion.

Puissance de chauffage = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (16° – 14,7°) = 99 W

Consommation horaire = 99 W x 1 h = 99 Wh.

Situation 2 : la température extérieure est comprise entre 0 et 16°C (soit 70 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, on mélangera le débit d’air extérieur avec la dose voulue d’air recyclé à 24°C pour obtenir les 16°C souhaités.

En pratique, la position des registres (présents sur l’air neuf et l’air extrait) sera modulée en fonction de la demande du thermostat d’ambiance.
La consommation sera nulle, en froid comme en chaud ! Et cela 70 % du temps…

Exemple.

Si T°ext = 8°C, les registres seront positionnés pour pulser des débits égaux :

T° de mélange = (112 m³/h x 8°C + 112 m³/h x 24°C) / 225 m³/h = 1/2 x 8°C + 1/2 x 24°C = 16°C.

Situation 3 : la température extérieure est comprise entre 16 et 24°C (soit 23 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, le registre d’air extérieur sera ouvert au maximum puisqu’il sera de toute façon plus froid que l’air recyclé. Un refroidissement sera toujours nécessaire.

Exemple.

Si T° = 20°C, de l’air neuf est pulsé au débit maximum de 225 m³/h.

Un besoin de refroidissement de cet air apparaît :

Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (20° – 16°) = 306 W.

Consommation horaire = 306 W x 1h = 306 Wh.

Situation 4 : la température extérieure est supérieure à 24°C (soit 2 % du temps d’occupation du local)

Dans ce cas, c’est l’air du local qui est le plus frais. L’air neuf sera réduit au minimum hygiénique.

Le mélange devra être refroidi jusqu’à 16°C.

Exemple.

Si la température extérieure est de 28°C,

T° de mélange = [75 m³/h x 28°C + 150 m³/h x 24°C] / 225 m³/h = 1/3 x 28°C + 2/3 x 24°C = 25,3°C.

Puissance de refroidissement = 0,34 Wh/m³.K x 225 m³/h x (25,3° – 16°) = 711 W.

Consommation horaire = 711 W x 1h = 711 Wh.

Résultats de la simulation

Cette fois, le chauffage et le refroidissement ne sont utilisés que lorsque des besoins réels apparaissent : par grands froids et par période de forte chaleur. Le restant du temps, c’est la charge interne qui préchauffe l’air de ventilation !

Les besoins de chauffage sont de 225 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 245 kWh/an.

En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise); rendement du système de production de chaleur de 80 %; coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient les valeurs reprises dans le tableau ci-dessous.

Quant aux coûts de la ventilation, ils sont basés sur un débit de 225 m³/h, une perte de charge de 1 000 PA pour le réseau double flux (présence de batteries d’échange, …) et une durée de fonctionnement de 2 600 heures.

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Chauffage électrique	0,855	1,77	10,3	12,94
Chauffage combustible	0,855	0,4	10,3	11,56

La solution paraît énergétiquement très favorable, mais elle pose un problème de régulation : la température de pulsion est commune à l’ensemble des locaux, dès lors comment assurer dans chaque local la température adéquate ? La solution la plus simple consiste à réguler en fonction d’une sonde témoin. C’est le local « maître », les autres étant appelés locaux « esclaves ». Encore faut-il des occupations similaires…

À tout problème, il existe des solutions (pour autant que l’on puisse en payer le prix !) :

1° La température de pulsion est commune et des clapets modulent les débits en fonction des besoins du thermostat de chaque local.

Mais que se passe-t-il en cas de fermeture simultanée de toutes les gaines ?

Soit un bypass court-circuite le caisson et fait tourner le ventilateur sur lui-même.

Soit le ventilateur est « à courbe plate », et la pression reste stable quelque soit la fermeture des bouches (des régulateurs de débit sur les bouches restent conseillés).

Soit, plus logique sur le plan énergétique, un variateur de fréquence module la vitesse du ventilateur en fonction de la pression en sortie de caisson.

2° Chaque local dispose de son propre groupe de préparation indépendant.

En dehors de son coût élevé, cette solution pose le problème de la régulation des registres d’air neuf/air recyclé. Un régulateur spécifique « intelligent » doit être placé pour optimiser le taux de recyclage en fonction des différentes demandes. La solution précédente par débit d’air variable paraît plus aisée.

Solution 4 : climatisation « tout air » avec recyclage partiel et free cooling nocturne

Il est possible de diminuer encore les consommations en profitant du « réservoir » que constituent les parois du local : puisque l’air extérieur est frais la nuit, même en été, il est possible de prérefroidir le local « gratuitement » la nuit.

Dans ce cas, il faut admettre que la température soit de 22°C à 8h00 du matin et qu’elle puisse monter au maximum jusqu’à 26°C à 18h00, sans que l’inconfort ne soit jugé trop important pour les patients. Cette température ne sera atteinte que quelques heures par an.

Dans ce cas, l’avantage n’est pas tant situé au niveau des consommations thermiques, mais bien dans la réduction des débits d’air pulsés, ce qui est un autre type de confort (bruit, courants d’air,…). Ainsi, si le local est de forte inertie, un débit de 120 m³/h sera suffisant pour atteindre au plus fort de l’été tout juste 26°C en fin de journée.

Voici les résultats des simulations

Si local de faible inertie (simples cloisons, tapis au sol, faux plafond), un débit de 145 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 145 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 156 kWh/an.

Si local de forte inertie (béton + carrelage, murs de maçonnerie, plafond apparent), un débit de 120 m³/h est suffisant. Les besoins de chauffage sont de 125 kWh/an pour le local, tandis que les besoins de refroidissement sont de 135 kWh/an.

En reprenant les mêmes hypothèses de coût que pour le climatiseur de local (efficacité frigorifique : 2,25; coût total de 0,11 €/kWh (pointe de puissance comprise), rendement du système de production de chaleur de 80 %, coût du kWh thermique à 0,025 €/kWh), on obtient le bilan repris dans le tableau ci-dessous.

Pour la consommation des ventilateurs, leur durée de fonctionnement est plus élevée (fonctionnement la nuit si T° > 22°C) mais le débit transporté est plus faible grâce au pré-refroidissement du local. À noter qu’en hiver le fonctionnement nocturne est très bref puisque la température n’est plus préchauffée et peu coûteux puisque Heures Creuses (au total, fonctionnement de 3 237 heures si forte inertie et 3 392 heures si faible inertie).

Récapitulatif du coût d’exploitation

–	–	Refroidissement [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Faible inertie	chauffage électrique	0,54	1,14	1,95	3,63
–	chauffage combustible	0,54	0,26	1,95	2,75
Forte inertie	chauffage électrique	0,47	0,98	1,54	2,99
–	chauffage combustible	0,47	0,22	1,54	2,23

Récapitulatif des coûts d’exploitation et conclusions

–	–	Réfrigération [€/m²/an]	Chauffage [€/m²/an]	Ventilateurs [€/m²/an]	Total [€/m²/an]
Ventilation renforcée (! inconfort)	chauffage électrique	– (! inconfort)	8,95	6,72	15,67
–	chauffage combustible	– (! inconfort)	2,5	6,72	9,22
Climatiseur de local	chauffage électrique	6,55	3,2	2,1	11,85
–	chauffage combustible	6,55	0,89	2,1	9,54
Groupe de traitement d’air avec recyclage	chauffage électrique	0,855	1,77	10,3	12,34
–	chauffage combustible	0,855	0,4	10,3	11,56
Groupe de traitement d’air avec recyclage et free cooling	chauffage électrique	0,54	1,14	1,95	3,63
–	chauffage combustible	0,54	0,26	1,95	2,75

Conclusions

Nous sommes en présence d’un cas particulier de climatisation :

une charge interne quasi constante tout au long de l’année.

La simple ventilation hygiénique des locaux est insuffisante pour éviter la surchauffe, vu les apports internes permanents. Une ventilation au débit doublé améliore le confort estival, surtout si la pièce est de forte inertie et qu’elle peut être refroidie la nuit, mais un inconfort persiste en été lorsque la température extérieure est elle-même élevée. Par ailleurs, le débit « double » de ventilation engendre des consommations de chauffage élevées en hiver puisque l’air ne peut être pulsé sous 16°C. On en vient donc à chauffer l’air … qui va servir à refroidir les locaux !

La solution par climatiseur, sans doute la moins coûteuse à l’investissement, s’avère très inadéquate à l’exploitation puisqu’elle ne permet pas de profiter de l’air frais extérieur. Or pendant 70 % du temps, la température extérieure est inférieure à 16°C…

L’optimum énergétique à l’exploitation se situe dans l’installation d’un groupe de traitement de l’air avec recyclage partiel de l’air intérieur : cette fois, c’est la chaleur interne « gratuite » qui va casser le froid de l’air extérieur par mélange. Le chauffage n’est enclenché que durant les périodes de gel (5 % du temps). La réfrigération n’est enclenchée que lorsque la température extérieure dépasse 16° (20 % du temps). et encore elle ne fournit que l’appoint nécessaire. Ce n’est que lorsque la température extérieure dépasse 24°C (2 % du temps) que la pleine puissance frigorifique est enclenchée. Le confort est maximum et la consommation très réduite. Reste le budget d’investissement puisque la régulation individuelle des locaux est plus coûteuse.

La ventilation de cette même installation peut encore être mise en route la nuit pour pré-refroidir les locaux. La consommation chute encore, mais le gestionnaire doit analyser si le confort résultant en est acceptable : les débits d’air diminuent (favorable) mais les températures intérieures fluctuent de 22 à 26°C (défavorable).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Cuiseur à vapeur électrique

Le cuiseur à vapeur est aussi appelé « autoclave ».

Principe et efficacité énergétique

Le cuiseur à vapeur se présente sous la forme d’un compartiment calorifugé étanche, en acier inoxydable ou aluminium, dans lequel la cuisson s’effectue avec ou sans pression, à travers des tiroirs perforés ou paniers montés sur glissières contenant les aliments à cuire.

La rapidité de cuisson du cuiseur à vapeur repose sur une réalité physique : un gramme de vapeur d’eau est capable de transmettre beaucoup plus de chaleur et plus rapidement qu’un gramme d’eau chaude à même température.

De plus, pour un cuiseur avec pression, la température d’ébullition est beaucoup plus élevée rendant également la cuisson plus rapide : pour une pression de 0 bar, on obtient une température de 99°C, alors que pour une pression de 0,5 bars, de 110 °C et pour 1 bar, de 120°C.
Les pressions sont qualifiées de basses lorsqu’elles sont inférieures ou égales à 0,5 bars et élevées lorsqu’elles se situent dans la plage de 0,5 à 7 bars.

En augmentant la température de cuisson de 15°C, par exemple, on augmente la consommation, mais on réduit le temps de cuisson de moitié (Le bilan global d’un autocuiseur par rapport à une marmite est d’environ 20 % plus favorable : on consomme 30 % de moins car cuisson plus rapide mais 10 % de plus car température plus élevée).

Remarque : si pour des aliments solides, le fait d’avoir une haute température permet de faire pénétrer plus rapidement la chaleur à l’intérieur de l’aliment, pour les aliments liquides cela n’est pas nécessaire. De même, il vaut mieux cuire du riz ou des pâtes à plus basse température qu’à haute température. Le temps ne sera pas beaucoup plus long. La chaleur pénètre facilement à l’intérieur de petits éléments entourés d’eau.

Enfin, un autocuiseur est étanche, les pertes de chaleur sont donc limitées.

Description

Le cuiseur à vapeur humide (cuiseur sans pression)

(vapeur à température au plus égale à la température de vaporisation).

L’eau placée en partie basse de la chambre de cuisson, portée à ébullition, produit de la vapeur, à une température inférieure à 100°C (on est toujours en présence d’eau + vapeur saturée).

Le chauffage de l’eau est assuré par des résistances électriques blindées immergées ou situées au fond de la cuve.

Le cuiseur à vapeur sèche ou surchauffée (cuiseur à pression)

L’eau chauffée par un générateur autonome alimente en vapeur la chambre de cuisson, à une température supérieure à 100°C. Cette vapeur surchauffée ne contient aucune gouttelette d’eau en suspension (température supérieure à la température de vaporisation).
Le chauffage de l’eau du générateur est assuré par thermoplongeur immergé.

La pression de la vapeur utilisée varie suivant les appareils de 0,5 à 7 bars.

L’alimentation en eau de l’appareil peut être automatique ou manuelle avec possibilité d’adoucisseur incorporé.

Les cuiseurs à vapeur aussi bien sans pression qu’avec pression reçoivent des récipients perforés.

Composants spécifiques à certains modèles

Certains modèles possèdent une régulation qui permet de régler la pression de 0 à 1 bar et ainsi d’adapter exactement le mode de cuisson aux produits à cuire avec un seul appareil : sans pression, basse pression, haute pression.

Commande et régulation

L’appareil est muni d’un commutateur.

La pression de vapeur est contrôlée par pressostat.

Une minuterie permet l’automaticité de fonctionnement et assure à la fin de la cuisson la mise à l’air libre (décompression).

Un dispositif électrique à réarmement manuel arrête le chauffage en cas de manque d’eau.

Une soupape de sécurité libère l’excès de vapeur en cas de surpression.

Le verrouillage automatique de la porte est assuré quand l’appareil est sous pression.

Gamme

Les capacités peuvent aller de 10 à 500 litres.

Les appareils peuvent être à chambre unique ou à compartiments, à une ou deux enceintes.

Puissances moyennes de 6 à 40 kW et plus.

Utilisation

Le cuiseur à vapeur peut accomplir des cuissons habituellement réalisées dans les marmites ou les rondeaux. Il sert à décongeler, cuire, étuver et blanchir.

Les collectivités utilisent généralement des modèles à faible pression.

Le modèle à moyenne pression est davantage utilisé en hôtellerie, diététique et petite restauration où l’on recherche la qualité plutôt qu’une production importante.

Avantages

Gain de temps, le temps de cuisson est en moyenne divisé par trois.

Respect de la structure des mets fragiles (cervelles, choux-fleurs, poissons).

Conservation de la valeur diététique : vitamines, sels minéraux et substances nutritives.

Respect des couleurs et saveurs naturelles

Réduction de la perte de poids.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Puissances frigorifiques des chambres froides

Chambre froide positive

Au niveau d’un avant-projet, les puissances frigorifiques suivantes peuvent être considérées (les valeurs ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant) :

Paramètres de base :

Température chambre froide : + 2 °C
Température ambiance : + 32 °C
Température d’évaporation : – 5 °C
Réfrigérant : R 134A

Volume chambre froide (m³)	Puissance frigorifique (W)
1,8	400
2,3	500
3,8	690
5	850
7	960
11	1 440
16	1 790
20	2 010
24	2 800
28	2 950
38	3 745
45	4 300
55	4 900
70	5 700
92	7 600
103	8 200
120	9 100
165	12 300

Chambre froide négative

Au niveau d’un avant-projet, les puissances frigorifiques suivantes peuvent être considérées (les valeurs ci-dessous nous ont été communiquées par un fabricant) :

Paramètres de base :

Température congélateur : – 20 °C
Température ambiance : + 32 °C
Température d’évaporation : – 30 °C
Réfrigérant : R 404A

Volume chambre froide (m³)	Puissance frigorifique (W)
2,5	780
4,2	1 050
6,5	1 240
9	1 470
14	2 320
18	2 880
32	3 780
45	4 750
62	6 140

N’hésitez pas à consulter notre outil consacré au bilan frigorifique d’une chambre froide.

Nous venons de lancer note page LinkedIn. Afin d’être informé des dernières actualités sur Energie+, n’hésitez à suivre notre page LinkedIN !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la motivation des occupants

L’URE ? Ils s’en moquent !… Pourquoi ?

Quand on ne se sent pas concerné par un problème, on ne se motive pas non plus pour le résoudre.

L’URE est un but de système, nous l’avons déjà vu. Il ne fait pas partie des préoccupations professionnelles de beaucoup d’acteurs à l’intérieur d’une institution.

Ces acteurs ne recherchent donc pas des informations qu’ils considèrent comme peu utiles.

De plus, personne ne pense non plus à leur fournir ces informations.

Il faut bien admettre que l’énergie n’est devenue une préoccupation qu’à partir du moment où son prix a augmenté considérablement. Cette préoccupation générale dans les années 70 s’est beaucoup altérée à partir de 1985.

Si l’URE continue à rester une préoccupation à la maison, ce n’est pas la même chose au travail. Chez soi, on connaît le montant des factures, on les paie soi-même, les gratifications sont immédiates si l’on consomme moins. De plus, on peut parfois se sentir concerné par des comportements éco-civiques parce qu’on maîtrise l’ensemble du processus de l’utilisation de l’énergie.

Il en va tout autrement dans les institutions publiques. Les modalités pratiques d’utilisation des appareils échappent souvent à l’utilisateur. Il ne contrôle pas grand chose : la température lui est souvent imposée. Quand il peut modifier les températures lui-même, sa marge de manœuvre est souvent restreinte …

Les utilisateurs ont aussi rarement de l’information sur les résultats obtenus après une campagne de sensibilisation aux économies d’énergie. Ils ne se rendent pas compte de ce que coûtent les gaspillages : le plus souvent, ils ne voient jamais les factures.

Et pour les personnes qui sont chargées de la comptabilité, elles paient des montants fixes tous les mois ou tous les deux mois et c’est seulement en fin d’année qu’arrive un réajustement annuel qui conditionnera le montant des factures suivantes. On ne paie donc pas au fur et à mesure des consommations.

Souvent, on pense aussi que ce sont les investissements techniques (onéreux, ceux-là) qui permettront de faire chuter le prix des factures, bien plus que des comportements raisonnables.

Et enfin, l’énergie est considérée comme indispensable, une dépense à laquelle on n’échappe pas.

Difficile de développer une vue globale dans ce contexte, d’autant que le montant des factures d’énergie est parfois bien moins élevé que celui d’autres dépenses.

Gérer

Pour agir et organiser une campagne de sensibilisation.

Ils sont démotivés !… Pourquoi ?

Plusieurs explications sont possibles pour ce type de problème.

L’URE n’a pas de sens pour les personnes à qui vous demandez de modifier des comportements (voir « Ils sont si peu motivés. Pourquoi ?« ). Ou plus probablement, d’autres choses ont bien plus de sens.

Ils ne sont pas suffisamment associés ou ils ont été mal associés aux décisions et ils sont donc peu motivés. En effet, les êtres humains sont surtout motivés par des objectifs qu’ils se fixent eux-mêmes ou s’ils parviennent à définir eux-mêmes comment atteindre des objectifs qu’on leur impose.

Même associées au projet, certaines personnes ne percevront pas en quoi ce projet leur permet d’atteindre d’autres objectifs importants pour elles. Le responsable énergie aura alors l’impression qu’il ne « peut rien leur demander ».

La lenteur, la lourdeur, l’inertie, les conflits liés à la participation des acteurs à un projet URE (ou tout autre projet d’ailleurs) ont le don de démotiver ces personnes qui pensent que l’efficacité immédiate est à rechercher. Sans se rendre compte que d’autres procédures plus « expéditives » sont loin d’être aussi efficaces que dans leurs pensées, elles se démotivent en mettant en avant « tout ce temps perdu en discussion stérile ».

Mais il se pourrait aussi que ce comportement ne soit rien d’autre que l’expression d’une « résistance au changement » que la plupart des individus adoptent assez spontanément, surtout lorsque le changement demandé est nouveau, qu’ils n’ont pas encore eu le temps de s’habituer ou d’expérimenter les conséquences réelles pour eux du changement demandé. C’est l’expression de l’adage « il vaut mieux prévenir que guérir ! ». On fait cela notamment pour éviter de rester sans aucun pouvoir dans une situation qui nous est imposée.

Gérer	Pour agir et gérer les conflits.
Gérer	Pour agir et surmonter son propres découragement.

Je suis toujours le dernier informé !… Pourquoi ?

Pour répondre à cette question, plusieurs explications sont possibles.

D’une manière générale, il faut bien admettre que les filières de communication informelles sont bien plus souvent utilisées que les autres. Il est en effet assez fréquent de constater que dans une organisation, c’est radio-couloir qui a le taux d’écoute le plus grand !

Les précédentes demandes n’ont pas été suivies d’effets, pour des raisons qui vous sont ou non imputables. Les utilisateurs essaient donc quelque chose qui leur semble plus efficace.

Il se pourrait aussi que les enjeux (conséquence positive ou négative de ce qu’ils font) soient très importants pour ces utilisateurs. Ils passent par « la bande » parce que c’est plus facile, que ça permet à plus de gens d’être au courant, que c’est une manière de montrer aux décideurs que l’énergie n’est pas une priorité pour eux …

Utiliser une filière personnelle pour faire passer une information au lieu de la filière « logique », c’est aussi utiliser son « pouvoir stratégique » (voir « Tout est bloqué. Pourquoi ?« ) Pour atteindre les objectifs qu’ils se fixent, de manière consciente ou inconsciente, les utilisateurs ont recours à des stratégies de communication et de persuasion. Passer « par la bande » peut être une de ces stratégies.

Le confort au travail (ne pas avoir froid souvent) est un objectif personnel qui paraît très important à certaines personnes. Elles attachent donc de l’importance à garder une maîtrise sur des éléments de leur environnement en relation avec cet objectif. Choisir sa filière d’information peut dès lors être vu comme une manière de garder la maîtrise sur le « chaud » indispensable…

Gérer

Pour agir et déjouer les blocages institutionnels.

Ils sont d’accord, mais rien ne bouge ! … Pourquoi ?

Les mentalités changent … petit à petit.

Une information unique, présentée une seule fois, une lettre ou un discours, même bien faits, prenant en compte ce qui est important pour l’interlocuteur, énonçant des raisons très compréhensibles et même valables pour les gens sera souvent insuffisante pour faire changer les mentalités. « S’ils continuent à n’en faire qu’à leur tête », c’est notamment parce que les messages comportant des raisons de changer et des manières de changer n’ont pas été suffisamment renouvelés.

Pour que des personnes intègrent des changements, il faut que leur environnement soit favorable à ces transformations et à leur persistance.
Ce n’est pas le cas ici. Les personnes n’ont sans doute pas été suffisamment associées aux changements ou elles ont été mal associées au changement. Elles ont l’impression « qu’on les manipule ». Les décisions les concernant n’ont pas été prises en groupe. Il n’existe pas suffisamment de relations personnelles entre les « décideurs » et les personnes impliquées directement par les changements.

Les gens ne changent pas d’habitude s’ils n’ont pas d’information.

Mais avoir été informé ne suffit en général pas, il faut encore que la personne soit réceptive au message et le comprenne. Et comme les gens ne changent, en général, pas de comportement pour rien ou simplement pour vous faire plaisir, il est important de leur expliquer pourquoi un changement est souhaité et ce qu’ils vont y perdre et y gagner.

Le « pourquoi » doit avoir une valeur pour eux. Alors le message aura plus de chances d’être accepté « vraiment ». De plus, il faut avoir fait l’expérience des conséquences réelles du changement pour se motiver à l’intégrer comme un nouvelle habitude et pour cela il faut nécessairement du temps.

Gérer

Pour se faire entendre et convaincre sa hiérarchie.

Ils se comparent avec un plus gaspilleur qu’eux… pour ne rien faire ! Pourquoi ?

S’il y a d’importants investissements techniques à réaliser, il faut dans la mesure du possible commencer par là. Dans la situation décrite, bien des personnes se démotivent parce qu’elles pensent que leurs efforts devraient être trop importants pour un résultat qu’elles savent dérisoire. Dans ce cas, leur comportement est très compréhensible et il n’est pas nécessaire de l’expliquer autrement. Quand les décisions concernant les investissements techniques ont été prises, on peut commencer aussi à agir parallèlement sur les comportements.

Dans d’autres circonstances, l’origine du comportement décrit peut se trouver chez des personnes qui ne trouvent pas de sens ou n’acceptent aucune des raisons invoquées à acquérir de nouveaux comportements URE. Il nous faut rappeler ici que les « bonnes raisons » de changer de comportements sont individuelles et que ce qui a du sens pour quelqu’un n’en a pas nécessairement pour tout le monde. Il est donc possible que trop peu de « pourquoi » aient été diffusés pour acquérir de nouveaux comportements URE.
Mais il se peut aussi que le canal de communication utilisé pour diffuser ce type d’information ne convienne pas dans la situation particulière. Exemple : des affiches mal placées, parution une seule fois dans un journal interne que peu de personnes lisent …

Résister au changement est normal pour des personnes qui n’ont pas eu grand-chose à dire dans les modifications qu’elles sont tout à coup obligées d’accepter. On peut certes le déplorer; toutefois, c’est une conséquence non voulue d’une situation et il vaut mieux ne pas l’imputer à la mauvaise volonté des acteurs. De toute façon, juger en accusant les gens est peu efficace; on ne peut bâtir sur une telle base.

Gérer

Pour agir en organisant une campagne de sensibilisation.

Ils vandalisent l’installation ! … Pourquoi ?

Il est préférable souvent de ne pas tout automatiser. D’abord parce que l’automatisation favorise l’apparition du vandalisme, ensuite parce qu’il existe certaines personnes qui baissent le radiateur quand il fait 22° au lieu d’ouvrir la fenêtre … si elles ont le choix !

La liberté d’un individu dans un groupe est toujours bien limitée quelque part par un autre individu et cette situation engendre ce que certains auteurs ont appelé le « stress social ». A l’intérieur d’une organisation, les contraintes sont nombreuses et omniprésentes. Le stress social est fait de tous ces « stresseurs organisationnels » avec lesquels nous devons vivre tous les jours.

Les stresseurs organisationnels sont un facteur important dans les troubles dus au stress : l’individu les identifie difficilement comme facteurs de stress. Ces stresseurs sont constants, quotidiens et souvent on a l’impression qu’on ne peut rien y faire.

Pour minimiser l’impact de ce stress diffus et impalpable sur leur santé, beaucoup d’humains, sans le savoir, tentent de reprendre une maîtrise sur quelque chose dans les situations qu’ils sont amenés à vivre.

Ils mettent ainsi en place des stratégies qui leur permettent de récupérer le sentiment qu’ils peuvent influer sur les choses et les êtres.

Le fait « d’avoir du pouvoir » sur la situation augmente l’estime de soi et est de nature à prévenir les troubles physiologiques et émotionnels résultant du stress.
Le vandalisme est un comportement permettant de maîtriser une situation qui échappe à l’individu. Comme le fait d’avoir trop froid ou trop chaud est lui-même un stress pour un organisme vivant, il est assez fréquent de voir se développer des comportements aberrants dans des situations où la personne ne peut rien faire d’autre pour elle-même que de vandaliser une vanne.

Gérer	Pour agir et gérer les conflits.
Gérer	Pour agir en organisant une campagne de sensibilisation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Formation de moisissures

Conditions au développement de moisissures

Le texte ci-dessous est extrait de la Note d’Information Technique (NIT) n° 153 (Problèmes d’humidité dans les bâtiments) du CSTC.

Qu’est-ce qu’une moisissure ?

Des spores de moisissures, dont les dimensions sont généralement inférieures à 10 microns, sont normalement présentes dans l’air, au même titre que les bactéries. Leur concentration dans l’air extérieur est de l’ordre de 10⁵spores par m³ d’air, bien qu’elle soit plus faible après une période de pluie ou pendant des périodes de grand froid, et plus élevée aux alentours des bois, des parcs, etc.

La concentration en spores de moisissures dans l’air intérieur est en général un peu moins forte que dans l’air extérieur.

Il existe normalement de nombreuses variétés de spores de moisissures, certaines apparaissent dans des proportions plus diverses que d’autres selon la saison. Selon leur type, les moisissures sont gris verdâtre, brun foncé ou noirâtre.

En se développant, les moisissures produisent d’autres spores, de sorte que leur prolifération peut être très rapide.

Conditions nécessaires au développement de moisissures

La formation de moisissures sur une surface ne se produit que dans des conditions favorables. Il faut notamment :

Une quantité d’oxygène suffisante.

Des conditions de température adéquates. Bien que les moisissures puissent se développer à des températures comprises entre 0 et 60°C, la température optimale pour un développement rapide se situe entre 5 et 25°C. Il est important que les variations de température ne soient pas trop importante.

Un fond nourrissant approprié.

Une humidité suffisante.

Les deux premières conditions ne posent pas de problèmes dans les bâtiments. En effet, de l’oxygène s’y trouve en suffisance et la température se situe la plupart du temps dans les limites les plus favorables. D’où l’importance des deux dernières conditions : fond nourrissant approprié et humidité suffisante.

Fond nourrissant

Pour leur développement, les moisissures ont besoin de faibles quantités de matières organiques décomposables comme les sucres, les graisses et surtout la cellulose.

Même dans des bâtiments très propres, les traces de souillure sur les parois sont suffisamment nombreuses pour permettre le développement de moisissures.

Il va de soi que les endroits présentant une accumulation de salissures ou de poussières constituent des emplacements de prédilection pour le développement de moisissures.

Certaines sortes de papiers peints et surtout la colle cellulosique avec laquelle ils sont posés, ainsi que certains types de peintures semblent être à des degrés divers de bons fonds nourrissants pour les moisissures.

Présence d’humidité

L’organe reproducteur des moisissures contient environ 95 % d’eau. L’eau est une condition essentielle au développement des moisissures. Celles-ci puisent l’humidité nécessaire principalement dans le support sur lequel elles se développent.

Des variations importantes de la teneur en humidité ne donnent pas lieu, en général, à un développement de moisissures, c’est-à-dire que le développement de moisissures est rarement lié à la pénétration d’eau de pluie.

Condensation de surface ou formation de moisissures ?

La condensation superficielle apparaît lorsque l’humidité relative, à la surface d’une paroi, atteint 100 %. La formation de moisissures sur une paroi peut déjà se produire à partir dune humidité relative de 80 % si le matériau en contact avec l’air humide est hygroscopique. Ceci s’explique par le fait qu’un matériau hygroscopique absorbe une grande quantité d’humidité pour des humidités relatives de l’air situées en dessous du niveau de saturation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Toute la lumière sur les courts de tennis du club de tennis de Waterloo

Introduction

Depuis 1991, la Commune de Waterloo est propriétaire du bâtiment abritant le club de tennis de Waterloo. Ce complexe construit en 1982 comprend 4 terrains couverts, 4 terrains extérieurs, 2 terrains sous bulle ainsi qu’une salle de fitness, des vestiaires, un bar panoramique et un restaurant. Une infrastructure accueillante et conviviale pour les amateurs de balles jaunes. La gestion des activités est confiée à l’asbl Waterloo Sports et la gestion technique ainsi que les investissements d’infrastructure sont quant à eux à charge de la commune en tant que propriétaire des lieux.

Rénovation de l’éclairage

Fin de l’année 1999, l’équipe technique de la Commune de Waterloo a opéré la rénovation des installations d’éclairage des 4 courts de tennis intérieurs ainsi que celles du bar et du restaurant. En effet, l’ancien matériel commençait à montrer des signes de faiblesse à travers un remplacement d’éléments de plus en plus fréquents. Il fut alors décidé de procéder à un relighting complet. L’option retenue pour cette rénovation fut d’effectuer l’acquisition du matériel et de réaliser le placement par le staff technique de la commune.

Nouveaux luminaires pour les courts

Avant rénovation, on trouvait 144 luminaires contenant chacun trois tubes lumineux TL de 58 watts ainsi que 40 luminaires de 2 TL de 58 W également soit au total une puissance installée de 29,7 kW. Les anciens luminaires étaient tous équipés de ballasts électromagnétiques dont les pertes en fonctionnement sont de l’ordre de 20%. Le câblage d’origine fut conservé et les nouveaux luminaires présentent les mêmes caractéristiques dimensionnelles que les précédents afin de permettre un remplacement plus aisé.

Les nouveaux luminaires comprennent quant à eux deux tubes lumineux TL de 58 watts, soit au total une puissance installée de 21,34 kW, et utilisent des ballasts électroniques.

Les courts sont éclairés environ 12 heures par jour et cela 300 jours sur l’année soit environ 3 600 heures de fonctionnement annuel. En intégrant l’économie d’énergie électrique de 20% en passant de ballasts électromagnétiques à des ballasts électroniques, on obtient une économie électrique annuelle de près de 51 450 kWh par rapport à l’ancienne installation soit une économie de 60%. Sans compter que la durée de vie des tubes lumineux passe d’environ 7 500 heures à quelques 9 750 heures (30 % de plus) grâce aux nouveaux ballasts d’où des coûts de maintenance plus faibles. Cette diminution des frais de maintenance s’est vérifiée par la suite.

Le niveau d’éclairement moyen pour l’ensemble de la surface est de 450 lux et si l’on ne prend en compte que la surface des courts, on se situe entre 500 et 650 lux. On calcule donc une puissance spécifique de 1,83 W/m².100 lux. Le gestionnaire des tennis est très satisfait du rendu de l’éclairage.

Lumière sur le bar

L’éclairage du bar a également été revu dans le cadre de cette rénovation. On y trouvait 59 spots à incandescence de 120 watts, soit quelques 7,08 kW de puissance installée, qui furent démontés et remplacés par 50 spots contenant des lampes fluocompactes de 26 watts. Une diminution de la puissance installée de 5,78 kW qui conduit annuellement à une économie électrique de l’ordre de 20 800 kWh. La facture pour l’éclairage du bar a été divisée par un plus de 5 !

Quoi de bon dans nos assiettes ?

Au niveau du restaurant, ce sont 30 lampes fluocompactes de 13 watts qui furent installées à la place des 26 spots de 26 watts chacun. Une diminution de la puissance installée de près de 50 % et par conséquent une économie d’énergie de même ordre. Soit quelques 600 kWh économisés annuellement.

En détail

Économique

Coût de l’acquisition du matériel : 43 550 € TVAC

Des subsides peuvent être sollicités auprès de la DGO4 (UREBA) pour ce type d’investissement.

L’économie électrique annuelle est estimée suite à l’ensemble de la rénovation à 72 850 kWh.

En réalité, les économies d’énergie ne purent être vérifiées. Elles furent beaucoup moins importantes que prévu à cause sans doute de variations dans la durée d’utilisation. Ainsi la consommation de l’ensemble du centre sportif n’a diminué que 20 000 kWh par an, ce qui est malgré tout déjà très intéressant.

Informations complémentaires

Gaëtan DESONDRE
Service Travaux
Commune de Waterloo
Tél. : 02 352 99 10
Email : gaetan.desondre@publilink.be

Cette étude de cas provient des Sucess Stories réalisées par l’ICEDD, Institut de conseils et d’études en développement durable en 2004.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Système tout air, à débit constant, mono-gaine

Principe de fonctionnement

Le système de conditionnement d’air « tout air, à débit constant, mono-gaine » est un système où l’air est préparé (chauffé, refroidi, humidifié,…) en centrale dans un caisson de traitement d’air, puis envoyé par un réseau de gaines vers le/les locaux.

En voici un exemple, appliqué à une zone :

Il constitue une branche de la grande famille du conditionnement d’air « tout air » :

– débit constant

monogaine
- unizone
- multizone
double gaine multizone (avec boîte de mélange)
- basse pression
- haute pression (avec boîte de détente)

– débit variable

avec chauffage par radiateurs indépendants
avec chauffage par batterie à eau chaude

Comme on le voit, il existe de nombreuses variantes !

Expliquons chacun des termes :

> « tout air » :

L’air est le fluide caloporteur de chaleur, de froid, ou d’humidité.
Par exemple :

si en hiver le local présente des déperditions, l’air pourra être pulsé à 28°C,
mais si en été, le local subit des apports solaires, l’air pourra être pulsé à 16°C,
et si, dans la salle de cinéma, le film très suggestif provoque beaucoup de dégagement de vapeur de la part des spectateurs, l’air sera pulsé très sec !

> « débit constant »

Le débit est fixé par le ventilateur (qui ne dispose que d’une seule vitesse de rotation).

La régulation est réalisée par action sur la température et le taux d’humidité de l’air pulsé.

> « mono-gaine » ou « double gaine »

Un seul réseau de gaines est créé, et donc un seul niveau de température est disponible pour la(les) pièce(s) climatisée(s). A l’inverse, les réseaux double gaine véhiculent simultanément de l’air chaud et de l’air froid, le mélange étant effectué à l’arrivée dans le local. Ce mélange est destructeur d’énergie. Les réseaux double gaine doivent donc être évités dans une approche URE.

> « uni-zone ou multi-zones »

Uni-zone : il n’existe qu’une seule zone à traiter (une salle de conférences, par exemple),

Multi-zones : on crée plusieurs zones dans le bâtiment, chaque zone pouvant recevoir un air traité spécifiquement en fonction de ses besoins.

Remarque : une zone peut comprendre plusieurs locaux.

> On peut aussi faire une distinction selon le niveau de pression « basse ou haute »

On parle de basse pression du ventilateur

si pression < 800 Pa, ou 80 mmCE
si vitesse d’air dans les gaines comprises entre 2 et 7 m/s

On parle de réseau haute pression si la vitesse dans les conduits atteint de 12 à 16 m/. Ces vitesses entrainant des consommations excessives des ventilateurs, on ne travaille aujourd’hui plus en haute pression lorsque le débit est constant.

Une unité de toiture (ou « roof top ») aurait pu être classée dans les installations « tout air, à débit constant, mono-gaine ». Elle présente la spécificité d’être équipée d’un refroidissement à détente directe.

Domaine d’application

Le système « tout air » a de l’intérêt lorsqu’un débit d’air élevé et constant est souhaité : on pense par exemple aux salles de spectacles où de toute façon on doit apporter de l’air aux personnes …
Le système « tout air – unizone » a de l’intérêt lorsque

Un seul local est à climatiser, généralement de grand volume : salle de spectacles, salle d’opération, salle de réunion, …
Il existe plusieurs locaux dont le fonctionnement thermique est similaire et pour lesquels un respect strict des consignes de température n’est pas imposé : plusieurs bureaux similaires sur une même façade, …

Il y a présence de locaux à chauffage très intermittent comme des salles de réunion, de spectacles,… : dans ce cas, la variante avec système de chauffage complémentaire par radiateurs permet d’assurer un chauffage de base entre 10 et 15°C en période de non-occupation, et une mise en confort très rapide dès l’arrivée des personnes (ou par horloge). Ce système est économique et supprime la surchauffe des locaux en période de forte occupation grâce aux possibilités de ventilation et de rafraîchissement, et à la faible charge des parois.

Le système « tout air – multizone » a de l’intérêt dans le cas où les charges thermiques varient mais que les locaux peuvent être regroupés en plusieurs zones de fonctionnement thermique similaire (et pour lesquels une modulation limitée des consignes de température est requise) : le placement de batteries terminales permettra alors de répondre plus précisément aux besoins.

Pourrait-on l’appliquer à un complexe de plusieurs salles de cinéma ? Probablement pas puisqu’il faudra chauffer la salle où deux nostalgiques regardent un film de Ingmar Bergmann, et refroidir la salle voisine où 350 personnes regardent avec passion « Titanic : le retour » où le bateau resurgit du fond des mers (tiens, cela me donne une idée…)

Détails technologiques de la centrale de traitement

Le chauffage de l’air est assuré

soit par batterie électrique,
soit par batterie d’eau chaude préparée en chaufferie.

Le refroidissement de l’air est assuré

soit par l’évaporateur d’un groupe frigorifique (système à détente directe),
soit par de l’eau glacée préparée par un groupe de production frigorifique.

L’humidification est réalisée :

soit par un humidificateur laveur d’air
soit par un humidificateur à vapeur (dans ce cas, la batterie de postchauffe n’est pas nécessaire).

Un réseau de pulsion distribue l’air traité et un réseau d’extraction en assure la reprise. En général, le débit de pulsion est légèrement supérieur au débit d’extraction afin de maintenir les locaux en surpression.

Constitution du caisson de traitement d’air.

Les parois sont à double enveloppe en tôle d’acier galvanisé ou peint. Un isolant acoustique et thermique de 25 mm d’épaisseur minimale est fixé entre les deux tôles.

Variantes technologiques

Réchauffage batteries terminales

Que faire si le bâtiment présente des zones différentes ? Par exemple des bureaux placés sur des façades différentes… Une première solution consiste à placer les batteries terminales en tête des différentes zones pour adapter la fourniture aux besoins.

Généralement, on rencontre soit des batteries alimentées eau chaude, soit des batteries électriques. Ceci ne répond qu’aux besoins variables de l’hiver… À noter qu’il est possible de placer une batterie de froid complémentaire à l’entrée de l’une ou l’autre zone, mais l’avantage d’une centralisation du traitement disparaît progressivement …

Chauffage par radiateurs

Le chauffage peut être assuré indépendamment, par un réseau de radiateurs en allège des fenêtres par exemple. Mais la régulation de la température des ambiances n’est pas toujours simple car il peut y avoir conflit entre les deux systèmes.

Recyclage partiel

En vue de diminuer les coûts d’exploitation, l’air extrait peut être recyclé partiellement.

Des registres motorisés modulent les débits d’air recyclé et d’air rejeté. Le débit d’air neuf peut donc varier mais sans jamais descendre sous le débit minimal d’air neuf hygiénique en période d’occupation.

Récupération de la chaleur sur l’air extrait

Pour récupérer l’énergie contenue dans l’air extrait tout en évitant généralement tout risque de contamination, l’air sortant croise l’air neuf entrant dans un échangeur de chaleur.

Humidification par humidificateur à vapeur

Dans ce cas, la batterie de post-chauffe peut être supprimée.

Réseau sous haute pression

Pour réduire l’encombrement, l’air est préparé en centrale dans le caisson de traitement d’air, puis conduit à haute vitesse vers le/les locaux. On parle alors de système « tout air, à débit constant, mono gaine, uni-zone, haute pression » !

La pression du ventilateur est généralement > 1 000 PA (ou 100 mmCE) et la vitesse dans les gaines > 10 m/s.

A débit égal, doubler la vitesse de l’air dans les gaines (par rapport au système basse pression) permet de diminuer par deux la section nécessaire. Mais les frottements de l’air sur les parois des gainages sont proportionnels au carré de la vitesse. Et donc le ventilateur doit vaincre des pertes de charges beaucoup plus élevées, pouvant à la limite atteindre 2 000 PA. En pratique, on évite donc cette technologie aujourd’hui.

Après passage dans une boîte de détente, l’air est diffusé par les bouches de soufflage.

Les boîtes de détente sont généralement des boîtes insonorisées, comportant un organe déprimogène (tôle perforée par exemple). Un régulateur maintient le débit à valeur constante.

À ces pressions, des précautions sérieuses sont à prendre en matière acoustique, notamment au niveau des appareils terminaux (amortisseur de bruit).

Toute combinaison des variantes précédentes

À titre d’exemple, on rencontre ainsi des installations « tout air, à débit constant, mono gaine, multi-zones, haute pression »

Avantages

Simplicité globale,
facilité de dimensionnement,
régulation simple, fiable et centralisée,
fonctionnement stable, donc coût de maintenance réduit,
pas d’alimentation en eau chaude ou froide dans les locaux, sauf si la variante avec batteries de réchauffage en eau chaude est choisie,
faible niveau sonore, sauf avec les installations haute pression,
possibilité d’utilisation d’air extérieur pour le refroidissement gratuit (free cooling),
contrôle de l’humidité relative en centrale et de l’empoussièrement.

Inconvénients

Le débit d’air est constant. Or il est dimensionné pour la situation extrême, généralement celle de l’été, en période de canicule avec un soleil de plomb ! Conclusions : de tels débits entraînent une consommation élevée des ventilateurs et, dans certains cas, de l’inconfort toute l’année !

La consommation élevée du ventilateur devient très élevée dans le cas des installations à Haute Pression.

L’encombrement de la centrale et du réseau de gaines (gros débits, section importante des conduites d’air neuf, d’air pulsé et d’air extrait),

Exemple.

Une salle de spectacles est maintenue à 20°C. De l’air chaud est pulsé à 30°C. Les déperditions du local sont de 20 kWatts. Quelle sera la section de la conduite nécessaire ?

La capacité calorifique de l’air étant de 0,34 Wh/m³.K, le débit est donné par :

débit = puissance / 0,34 x DT° (en m³/h)

Ici, débit = 20 000 / 0,34 x 10 = 5 882 m³/h = 1,63 m³/s

Sur base d’une vitesse de 8 m/s, la section devient 1,63 / 8 = 0,2 m², soit une section de 40 cm x 50 cm, ou une conduite circulaire de 0,5 m de diamètre !

La même puissance est transportée par de l’eau dans une tuyauterie de 1,75 cm de diamètre ! (vitesse : 1 m/s)

Intégration obligatoire dès la conception du bâtiment.

Si uni-zone, température et humidité de soufflage uniques, d’où, si plusieurs locaux :
- Un manque de précision dans le respect des consignes.
- Une surconsommation suite à l’absence de régulation par pièce.

Si multi-zone :
- Risque de « casser » de l’énergie : le caisson de préparation primaire refroidit l’air en fonction des besoins de la zone la plus demandeuse et les batteries de post-chauffe des autres zones devront réchauffer l’air par la suite… On détruit donc de l’énergie.
  (À noter qu’un tel système est d’ailleurs interdit en France, sauf si le fluide chauffant est de récupération, par exemple sur le condenseur de la machine frigorifique).
- Il n’est pas possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence ou non d’occupants dans chacune des zones.
- Si l’air doit pouvoir être refroidi et réchauffé distinctement dans chaque zone, une batterie de chauffe et un groupe de refroidissement peuvent être ajoutés pour chaque zone, mais le coût d’installation devient prohibitif.
- Un compromis peut consister à installer une batterie froide terminale uniquement pour la zone la plus demandeuse de froid.
- Les batteries électriques sont peu coûteuses à l’investissement mais très onéreuses à l’usage, à l’opposé des batteries d’eau chaude qui sont coûteuses à l’investissement (deux tubes).

En résumé, il n’y a pas de solution idéale en multi-zone. Une régulation centrale doit piloter le tout « intelligemment », sans quoi les coûts d’exploitation sont catastrophiques !

Si la vitesse de déplacement de l’air est augmentée pour diminuer les sections, le niveau de bruit sera nettement plus élevé et demandera un traitement acoustique sérieux.

Equipements de plus grande solidité pour résister aux pressions, si variante en haute pression.

Exemple de régulation

Citons en exemple le cas de salles de réunion intérieures alimentées par un réseau d’air commun. Comme les salles n’ont pas de surface déperditive, le concepteur n’a envisagé que des batteries froides locales.

La température de pulsion est réglée pour éviter l’inconfort même lorsqu’une salle est peu occupée. Résultat : on chauffe l’air neuf et on refroidit l’ambiance dans les salles à forte occupation. Si une batterie chaude n’est pas installée dans chaque salle, l’algorithme à imaginer pour limiter la destruction d’énergie doit être du type (source : MATRIciel sa, 2010) :

Légende

Text = température extérieure
Text_cons_NC = température extérieure de non chauffage (arrêt du besoin de chauffage du bâtiment) – Paramétrable (par défaut : 15°C)
Treprise = température de l’air mesurée dans la reprise commune vers le GE
Hzvent = fréquence d’alimentation des ventilateurs de pulsion et d’extraction (liés)
Vroue = vitesse de la roue de récupération de chaleur sur l’air extrait (de 0% = sans récupération, 100% = récupération maximale)
Tpuls_GP = température de pulsion mesurée à la sortie du GP
Tpuls_GP_min_hiver = consigne de température de pulsion minimale de l’air dans les salles en hiver, à la sortie du GP – Paramétrable (par défaut : 16°C)
Tpuls_GP_min_été = consigne de température de pulsion minimale de l’air dans les salles en été à la sortie du GP – Paramétrable (par défaut : 16°C)
Tamb_min = température ambiante mesurée sur les sondes d’ambiance des salles. Valeur minimale des mesures
Tamb_cons_hiver = température de consigne ambiante des salles en hiver – Paramétrable (par défaut : 20°C)
Thors_gel = température de pulsion correspondant à la protection anti-gel des batteries du GP – Paramétrable (par défaut : 5°C)
Tamb = température ambiante mesurée par la sonde d’ambiance d’une salle
Tamb_cons_été = température ambiante de consigne maximale à ne pas dépasser dans les salles – Paramétrable (par défaut : 25°C)
%HR reprise = humidité relative mesurée dans la reprise
%HR reprise_cons = consigne d’humidité relative mesurée dans la reprise – Paramétrable (par défaut : 40%)

En hiver

Condition générale : Text < Text_cons_NC et Text < Treprise + 1°C

Permanent

Enclenchement chaudière
Modulation de la température d’eau de départ en fonction de la température extérieure (courbe de chauffe)
Arrêt groupe de froid
Arrêt circuit batterie froide

En horaire d’occupation

Enclenchement GP/GE
Libération circuit batterie chaude
Hzvent = 50 Hz
Vroue = 0%

Si Tpuls_GP < Tpuls_GP_min_hiver
Ou Tamb_min < Tamb_cons_hiver
Ou Tpuls_GP < Thors_gel : cascade avec (chronologiquement) :

Modulation de la récupération de chaleur avec limite Vroue = 100%
action sur la batterie chaude du GP

par salle : si Tamb > Tamb_cons_été : action sur le ventilo-convecteur
Si %HRreprise < %HR reprise_cons : action sur humidificateur vapeur

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt GP/GE
Arrêt ventilo-convecteurs
Fermeture vanne batterie chaude, arrêt circulateur (avec protection hors gel)

En période de relance (inoccupation)

Sans objet.

En mi-saison

Condition générale : Text > Text_cons_NC et Text < Treprise + 1°C

Permanent

Arrêt chaudière
Arrêt circuit batterie chaude
Arrêt groupe de froid
Arrêt circuit batterie froide
Arrêt humidification

En horaire d’occupation

Enclenchement GP/GE
Hzvent = 50 Hz
Vroue = 0%

Si Tpuls_GP < Tpuls_GP_min_hiver
Ou Tamb_min < Tamb_cons_hiver
Ou Tpuls_GP < Thors_gel : Modulation de la récupération de chaleur avec limite Vroue = 100%
par salle : si Tamb > Tamb_cons_été : action sur le ventilo-convecteur

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt GP/GE
Arrêt ventilo-convecteurs

En période de relance (inoccupation)

Sans objet

En été

Condition générale : Text > Text_cons_NC et Text > Treprise + 1°C

Permanent

Libération groupe de froid
Arrêt chaudière
Arrêt circuit batterie chaude
Arrêt humidification

En horaire d’occupation

Enclenchement GP/GE
Libération circuit batterie froide
Hzvent = 50 Hz
Vroue = 100%

Si Tpuls_GP > Tpuls_GP_min_été : action sur la batterie froide du GP
par salle : si Tamb > Tamb_cons_été : action sur le ventilo-convecteur

En horaire d’inoccupation (nuits et week-ends)

Arrêt groupe de froid
Arrêt GP/GE
Arrêt ventilo-convecteurs
Fermeture vanne batterie froide, arrêt circulateur

En période de relance (inoccupation)
Sans objet.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la qualité de l’air en cuisine

Recommandations : les critères de qualité de l’air

Source d’informations
Les valeurs qui suivent pour les différents critères de qualité de l’air sont issues du « guide de la ventilation des cuisines professionnelles » élaboré entre autres par les syndicats français UNICLIMA et le Syneg.

1. Le confort thermique

La température ambiante

Dans les cuisines collectives des températures de 20°C en hiver et de 28°C en été sont considérées comme acceptables. Ceci impose, en principe, de chauffer l’air en hiver et de le rafraîchir en été (dans le cas d’une pulsion mécanique).

Si la climatisation est inexistante, on autorise une température intérieure telle que la différence de température entre l’extérieure à l’ombre et l’intérieure soit limitée à 6°C. En cas de température élevée à l’extérieure, les températures intérieures autorisées sont, de ce fait, relativement élevées. Dans ce cas, la sensation de chaleur est diminuée par la vitesse de l’air.

L’asymétrie de rayonnement

Le confort dans un local dépend non seulement de la température de l’air mais aussi de la température des parois. De plus, des températures de parois fort différentes dans un même local peuvent engendrer un inconfort.

Dans une cuisine, l’asymétrie de rayonnement entre les appareils de cuisson et les parois environnantes est considérable puisque la différence de température de rayonnement est en général très supérieure à 20°C.

La vitesse de l’air

Évaluer

Vous trouverez les valeurs admises pour la vitesse de l’air.

L’humidité relative de l’air

Compte tenu des dégagements de vapeur d’eau, il est difficile de limiter l’humidité relative. On veille essentiellement à éviter les problèmes de condensation sur les parois.

On tolère jusqu’à 70 % d’humidité relative avec une augmentation du poids d’eau dans l’air de 5 g./kg d’air sec entre l’air introduit et l’air ambiant.

Synthèse des critères à respecter

en hiver, température ambiante supérieure à 20°C,
en été, écart de température entre l’extérieur et l’intérieur limité à 6°C,
vitesse de l’air comprise entre 0,3 et 0,5 m/s,
humidité relative : 70 %,
gradient vertical de température < 3 K/m.

Remarque : certains fabricants ont comme repère une puissance d’équipement de 100 W/m². Au-delà de cette valeur, il est très difficile d’obtenir une ventilation satisfaisante.

2. Les dégagements gazeux

Outre la gêne thermique et un inconfort, les dégagements gazeux peuvent engendrer, une intoxication du personnel.

En outre la concentration en gaz carbonique (CO₂) doit être limitée à 1 000 ppm.

Évaluer

Si vous voulez en savoir plus sur les concentration maximum en CO_2.

Comment évaluer sa situation

Par mesure des différents paramètres de qualité de l’air ou par estimation.

Pour évaluer sa situation on mesure la température et l’humidité à l’intérieur du local.

Évaluer	Pour savoir comment évaluer la vitesse de l’air dans le locale.
Concevoir	Au niveau de l’asymétrie de rayonnement, une bonne isolation des parois verticales des appareils de cuisson et une introduction de l’air neuf directement au niveau des cuisiniers, sont des indices d’une minimisation de cette source d’inconfort.

On peut aussi mesurer les concentrations en CO₂ avec un détecteur de CO₂ ou un chromatographe.

Par comparaison des débits extraits et pulsés avec les valeurs recommandées et par évaluation de l’efficacité de la hotte

Comparaison des débits extraits et pulsés avec les valeurs recommandées

On peut mesurer les débits d’extraction et de pulsion dans la cuisine.

Au niveau de l’extraction, les mesures de débits s’effectuent au niveau de chaque filtre et au niveau de la gaine. On les effectue à l’aide d’un appareil appelé anémomètre.

1. Contrôle de l’aspiration des filtres

L’anémomètre est placé devant chaque filtre afin de noter la vitesse de passage de l’air. On reporte ensuite les résultats dans un tableau du type de celui ci-dessous :

Zone d’aspiration	S (surface) [m²]	v (vitesse) [m/s]	Débit horaire = S x v x 3 600 [m³/h]
Grillade :
Filtre n°1	xxx	xxx	xxx
Filtre n°2	xxx	xxx	xxx
Friteuse :
Filtre n°3	xxx	xxx	xxx
Total débit avant filtrage	xxx	xxx	xxx

2. Contrôle du débit de la gaine

L’anémomètre placé ensuite à l’intérieur de la gaine en différents points donne la vitesse moyenne de passage de l’air.

Le débit après filtrage est donné en effectuant le même calcul :

v x S x 3 600 [m³/h]

Où :

S = section de la gaine [m²],
v = vitesse moyenne de passage de l’air [m/s].

3. Comparaison avec les valeurs recommandées

On vérifie la concordance des débits avant filtrage, après filtrage, pour chacun des appareils.

Concevoir

Pour en savoir plus sur le choix des débits de ventilation.

La connaissance du débit d’extraction permet également de calculer la vitesse frontale de l’air au niveau de la hotte.

Pour bien évacuer les graisses, cette vitesse doit être suffisante. Au dessus d’une friteuse par exemple, elle doit être de = 0,5 m/s pour une hotte à extraction simple.

Évaluation de l’efficacité de la hotte

Pour déterminer l’efficacité d’une hotte, on libère un gaz traceur (N₂O) juste au-dessus des plaques de cuisson. On mesure la concentration au niveau du conduit d’extraction. On compare ensuite cette mesure à la concentration idéale. Celle-ci est obtenue en injectant directement le gaz traceur dans le conduit d’extraction.

Le rendement de captation S (en %) = (C_x – C₀) / (Créf. – C₀)

Où :

C_x = concentration à l’extraction en gaz traceur émis à la plaque de cuisson.
Cr_éf. = concentration à l’extraction en gaz traceur injecté directement dans le conduit.
C₀ = concentration dans l’air ambiant.

L’efficacité de captage est fonction du débit d’extraction et du système utilisé (hotte basse, hotte hautes, plafonds filtrants, hotte à induction) et de sa qualité.

Moins bon et meilleur rendements.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Limiter les pertes de chaleur

Un profil de demande thermique en forte évolution

Les conséquences de l’isolation des parois extérieures

Hier et aujourd’hui
(couleur beige = isolant).

Le fonctionnement thermique des bâtiments tertiaires subit une révolution depuis 20 ans suite à la conjugaison de 3 facteurs :

Un renforcement de l’isolation et surtout l’arrivée de vitrages très performants.
Une explosion des apports internes électriques.
Une tendance à augmenter les surfaces vitrées en façade.

Résultats d’une simulation informatique

Pour un même immeuble type de bureau, nous avons comparé les bilans énergétiques entre une construction ancienne (simple vitrage, murs non isolés, …) avec une version usuelle aujourd’hui (double vitrage, murs isolés, …).

Voici les bilans obtenus (évolution de la demande en fonction de la température extérieure, celle-ci variant de – 10 à + 30 °C) :

Une évolution sensible par rapport aux bâtiments des années 70 apparaît :

L’isolation élevée diminue les besoins de chauffage en hiver.
La bureautique couvre une part des besoins d’hiver… mais augmente les besoins de refroidissement en été et en mi-saison.
Le soleil génère des pointes de température difficile à accepter par l’occupant. Les périodes de canicule sont présentes, elles génèrent un risque d’inconfort majeur, mais ne représentent pas une consommation d’énergie élevée, car le temps est court.

Si autrefois le chauffage était arrêté par + 15°C extérieur, aujourd’hui le chauffage des locaux est arrêté dès + 11°C extérieur, voire moins s’il y a beaucoup d’apports internes (la chaudière reste en service pour l’éventuel chauffage de l’air neuf et de l’eau chaude sanitaire). En mi-saison, des locaux restent en demande de chaleur au nord, alors que la façade sud est déjà en demande de refroidissement.

L’isolation diminue la demande de chauffage (hiver) et augmente la demande de refroidissement (été). Mais le bilan global des consommations annuelles est toujours positif en faveur de l’isolation.

Par rapport à un bâtiment mal isolé, la consommation de chauffage tombe au tiers de sa valeur. Et parmi ce tiers restant, le chauffage de l’air neuf hygiénique représente la moitié des besoins.

Si autrefois il y avait 8 mois d’hiver et 4 mois d’été, aujourd’hui la période de chauffe est limitée à 6 mois (15 octobre – 15 avril).

Mais le besoin de rafraîchissement est accru, en été et en mi-saison.

La diminution de l’inertie et l’augmentation des gains internes

Autrefois, le bâtiment disposait d’une bonne inertie thermique qui lissait les pointes d’apports solaires en journée (les bâtiments ne se comportaient pas comme une voiture laissée en plein soleil …) grâce à l’immense réservoir que constituait la masse des parois.

Suite à sa faible isolation, le bâtiment se « déchargeait » la nuit de la chaleur accumulée en journée.

Aujourd’hui, la tendance va vers :

La diminution de l’inertie pour des raisons fonctionnelles (tapis, faux plafond, cloisons mobiles, …).
L’augmentation des équipements de bureautique (doublement des consommations électriques du secteur tertiaire durant ces 15 dernières années !).
L’amplification des apports solaires suite au souhait du Maître d’Ouvrage de larges baies vitrées.
La chaleur interne se retrouve « piégée » dans le bâtiment suite à l’isolation des parois.

Faut-il une forte isolation ? Ne perd-on pas en climatisation ce que l’on gagne en chauffage ?

Non, toutes les simulations informatiques montrent que le bilan reste bénéficiaire en faveur de l’isolation, notamment parce que la saison de chauffe est plus longue que l’été.

Voyons les choses positivement : autrefois, on n’avait pas conscience de l’existence d’une « chaleur interne » parce que celle-ci était négligeable face aux déperditions des parois. A présent, les fuites de chaleur étant maîtrisées et les apports internes amplifiés par l’évolution technologique, ces apports viennent à satisfaire en bonne partie nos besoins hivernaux. Nous arrivons à chauffer nos bureaux avec 7 litres de fuel au m², contre 20 à 25 dans les années 50. Et c’est tant mieux.

Puisqu’une consommation électrique minimale est nécessaire (bureautique, éclairage, …), tant mieux si nous pouvons « utiliser une deuxième fois » cette énergie pour nous chauffer.

Quant aux besoins de rafraîchissement, la courbe bleue du diagramme ci-dessus montre qu’ils apparaissent majoritairement lorsque la température extérieure est entre 14 et 22°C, c.-à-d. plus froide que l’ambiance intérieure. À ce moment, il devrait être possible « d’ouvrir le bâtiment » pour valoriser l’air frais et décharger le bâtiment,… mais le bruit, la pollution de l’air ou le risque d’intrusion rendent cette ouverture parfois complexe.

Ceci renforce l’importance d’une conception initiale du bâtiment adaptée à ce nouveau profil de consommation et la mise en place d’un système de refroidissement qui valorise l’air frais extérieur.

Théories

Pour plus d’informations sur l’évolution des besoins thermiques des immeubles, suite à l’isolation des parois.

Et ceci ne nous épargne pas la nécessité de trouver une solution pour gérer la période de canicule !

Optimaliser le volume du bâtiment

En réalité la chose n’est pas simple : il s’agit de trouver, selon la programmation du bâtiment et le contexte d’implantation (forme et taille du terrain, environnement bâti ou paysager, …) le compromis optimal entre :

une grande compacité pour limiter les pertes de chaleur,
et une faible compacité pour profiter d’éclairage naturel et faciliter le rafraîchissement par ventilation naturelle.

L’intérêt de la forte compacité

Un bâtiment compact, s’approchant du cube, a peu de pertes de chaleur. La surface de déperdition de l’ensemble de ses façades est limitée par rapport au volume des locaux. Les zones centrales, en contact avec d’autres locaux à la même température, ont beaucoup moins de pertes de chaleur que les locaux périphériques.

Par contre, ces zones sont difficilement éclairées et ventilées naturellement.

L’intérêt de la faible compacité

Un bâtiment peu compact (barre, en « peigne », carré avec cour intérieure, présentant de nombreux décrochements, …) a une surface de façade plus importante par rapport au volume des locaux et aura donc plus de déperditions, et une demande de chauffage accrue.

Par contre, le fait d’avoir plus de locaux en façade permet de les éclairer naturellement, et d’organiser relativement facilement une ventilation naturelle.

Exemple : Queen’s Building de l’Université de Montfort, en Angleterre. Les locaux, ventilés naturellement, sont agencés par rapport à leur fonction et la développée de l’enveloppe est importante.

Plan du premier niveau :

ateliers d’électricité
salles de cours
atrium
auditoires
laboratoire de mécanique

Concrètement

Selon les cas, le juste compromis sera en faveur de l’une ou de l’autre solution.

Dans les bâtiments récents, bien isolés, le problème de la surchauffe et de la consommation de froid prend de plus en plus d’importance par rapport à celui de la consommation de chauffage.

Il convient donc, a priori, de favoriser autant que possible l’éclairage naturel et les possibilités de refroidir naturellement le bâtiment par ventilation naturelle intensive en :

Limitant la profondeur des locaux. On recommande de limiter la profondeur des bureaux au double de la hauteur du local, soit à environ 6 m. Ainsi, si deux rangées de bureaux sont séparées par un couloir central, cela donne une profondeur de bâtiment d’environ 15 m.
Limitant le nombre d’étages à 2 ou 3 idéalement. Les contraintes techniques pour organiser une ventilation naturelle intensive dans des bâtiments plus hauts deviennent très lourdes (exemple : cheminées hautes).

Limiter les besoins de chauffage

Opter pour un bâtiment bien isolé

L’isolation de l’enveloppe est, et de loin, le moyen le plus efficace pour réduire la consommation d’un bâtiment. Et les vitrages très performants permettent aujourd’hui de diminuer drastiquement les consommations d’hiver.

Non, on n’isole JAMAIS trop. L’isolation diminue la demande de chauffage en hiver et augmente celle de refroidissement en été, mais le bilan global des consommations annuelles est toujours en sa faveur.

Il est toujours utile d’isoler, même si cela entraîne la nécessité de climatiser. Bien entendu, l’idéal est de trouver des solutions naturelles pour rafraîchir le bâtiment et éviter ainsi le refroidissement mécanique.

Dans les propos ci-dessous, on supposera toujours que le bâtiment est bien isolé.

On donnera également aux concepteurs le temps et les moyens nécessaires pour étudier les détails de construction à prévoir pour éviter les ponts thermiques (principe de continuité de l’isolation).

Concevoir

Pour plus de détails sur la conception des détails de façades.

Favoriser l’étanchéité de l’enveloppe

Le problème est qu’il est impossible d’arrêter ce type de ventilation lorsqu’elle n’est pas nécessaire, en dehors des temps d’occupation notamment. Or elle est fortement consommatrice d’énergie.

Aujourd’hui, il convient de réaliser une enveloppe très étanche à l’air (parois, joints, portes, etc.) et d’organiser une ventilation hygiénique contrôlée (naturelle ou mécanique).

Lors de la construction, on sera très attentif à l’étanchéité à l’air des parois. Le bâtiment ne doit pas se « décharger » de sa chaleur en hiver par des fuites multiples de son enveloppe. La norme européenne EN 13779 recommande un taux de renouvellement d’air maximum sous la pression d’essai de 50 Pa (n50) de 1/h, ce qui génère en moyenne un taux de renouvellement d’air par infiltration de 4 % (0,04/h).

« Blower-test » de contrôle de l’étanchéité .

Il sera très utile de prévoir un sas à l’entrée du bâtiment, particulièrement en cas de climatisation de celui-ci.
On sera très attentif également à la fermeture des grilles de châssis (ventilation hygiénique) pendant la nuit et le week-end, quitte à installer des grilles motorisées si la motivation future de l’occupant paraît faible…

Limiter les besoins de chauffage de l’air neuf hygiénique

Dans un immeuble bien isolé d’aujourd’hui, le chauffage de l’air neuf hygiénique génère plus de la moitié des consommations de chauffage. On veillera dès lors à :

Limiter le débit d’air neuf à 30 m³/heure/personne en période de chauffe. Ce débit peut bien sûr être augmenté en mi-saison et/ou en été.
Favoriser les installations de ventilation « double flux » : une école est occupée 25% du temps, un bureau 30% du temps ! Il est donc fondamental de pouvoir stopper le débit d’air en période d’inoccupation.
Gérer ce débit en fonction de la présence effective des occupants : un capteur (détecteur de présence, sonde CO₂, …) peut permettre de moduler le débit, par palier (ventilateur à plusieurs vitesses) ou en continu (ventilateur à vitesse variable). Tout particulièrement, le débit d’air neuf sera stoppé lors de la relance du bâtiment (le lundi matin, par exemple), avant l’arrivée des occupants.
Préchauffer l’air neuf hygiénique par récupération de chaleur

- Sur l’air extrait (échangeur à plaques, par exemple). Idéalement, il faudra prévoir alors que les conduites d’extraction soient proches des conduites de pulsion d’air.
- Sur une zone tampon du bâtiment. Par exemple, une prise d’air placée dans un atrium captera de l’air déjà préchauffé par le bâtiment et/ou le soleil.
- Sur un puits canadien dans le sol pour capter l’énergie géothermique.
- Sur un condenseur de machine frigorifique, si celui-ci présente un fonctionnement annuel. On imagine par exemple qu’un rideau d’air chaud à l’entrée du bâtiment puisse être alimenté par le refroidissement de la salle informatique ou de la chambre froide de la cuisine.

Si ces idées sont retenues dès le début du projet, elles entraînent peu de surcoûts.

Concevoir

Pour plus de détails sur la conception des installations de ventilation.

Faut-il forcément climatiser le bâtiment ?

Pour certains, le rafraîchissement de l’ambiance intérieure semble aujourd’hui incontournable. Le maître d’ouvrage se trouve-t-il alors confronté à l’obligation d’investir à la fois dans une installation de chauffage, certes plus petite qu’avant, mais aussi dans une installation de refroidissement ?

Non, une machine frigorifique ne doit pas être obligatoirement être installée dans nos régions. Mais une « stratégie de rafraîchissement active » doit être étudiée si la puissance thermique des apports de chaleur dépasse 50 à 60 W/m² au sol.

Décrivons ci-dessous ces diverses possibilités.

Calculs

Pour évaluer la puissance thermique prévisible dans un local et vérifier que les 60 W/m² ne sont pas dépassés, nous vous proposons

une feuille de calcul simplifiée sur Excel.

Trois stratégies sont possibles :

Stratégie 1 : limiter les sources de chaleur et se passer de la machine frigorifique

Constat : depuis l’âge de la pierre, l’homme se chauffe. Cela se comprend, il souhaite vivre dans une ambiance entre 20 et 24°C. Or la température moyenne extérieure annuelle dans nos Régions est de 10°C. Un complément de chaleur est nécessaire.

Par contre, la température à Uccle dépasse 24° durant 2 % de l’année seulement ! Autrement dit, 98 % du temps, il fait plus froid à l’extérieur du bâtiment qu’à l’intérieur. Comment se fait-il que nous ayons alors besoin d’une machine frigorifique pour le refroidir ???

Inspirons-nous du mas provençal (qui reste bien frais même lorsqu’il fait torride à l’extérieur) pour construire un bâtiment.

Il dispose de suffisamment d’inertie intérieure pour stabiliser les variations de température en journée,
il « décharge » le bâtiment via un rafraîchissement nocturne par air (free cooling) ou par eau (slab cooling) pour évacuer l’excédent de chaleur grâce à l’air frais de la nuit.

Free cooling et slab cooling.

Pour vous faire une opinion, voici trois exemples conçus en Angleterre, pays qui a pris beaucoup d’avance dans ce domaine :

Études de cas	Le bâtiment environnemental du « BRE ».
Études de cas	Le centre administratif de Powergen.
Études de cas	Le « Queen’s Building » de l’Université De Monfort.

Mais en Belgique aussi, des initiatives sont prises, comme dans le bâtiment IVEG à Anvers :

Études de cas

Le bâtiment IVEG.

Stratégie 2 : installer chauffage et refroidissement, mais en limiter l’usage aux périodes extrêmes

Analysons la répartition des températures extérieures à Uccle :

Admettons l’évolution actuelle vers l’installation d’une machine frigorifique. Ce n’est pas en soit plus mauvais de refroidir que de chauffer (contrairement à une idée couramment répandue, avec un 1 kWh électrique au compresseur, on produit 3 kWh de froid. Et pour obtenir 1 kWh électrique en sortie de centrale, il faut consommer 2,8 kWh d’énergie primaire. Donc le bilan entre chauffage et refroidissement est neutre).

L’objectif de conception devient :

recours au chauffage des locaux durant les seules périodes de grands froids (T°ext <…5°C…),
recours au refroidissement mécanique aux seules périodes chaudes (T°ext >…18°C…),
durant le reste du temps (5°C < T°ext > 18°C), c.-à-d. plus de 60 % de l’année, les apports internes et externes « gratuits » assurent le chauffage, et l’air extérieur assure le refroidissement de mi-saison. Aucun apport thermique par combustible ne doit être apporté à ce moment.

Cela sous-entend une conception adaptée du bâtiment (pouvoir ouvrir les façades dès qu’il fait trop chaud à l’intérieur, par exemple) et du système de climatisation (conçu comme un appoint), ainsi que le placement d’un récupérateur de chaleur sur l’air extrait, …

C’est une solution à très basse consommation, mais qui nécessite parfois un investissement plus élevé, sauf si le même système gère le chaud et le froid (slab cooling, pompe à chaleur, …). En contre-partie, elle apporte une garantie de résultat final : chauffage et climatisation sont présents pour couvrir toute période de pointe, toute évolution future du bâtiment.

Comment choisir ?

La première stratégie devrait a priori être toujours étudiée. Puisqu’elle ne fonctionne que si les apports de chaleur sont drastiquement réduits, ceci sous-entend que l’approche énergétique est globale. On y gagne donc deux fois : parce que les équipements sont à faible consommation et parce qu’ils n’ont pas entraîné le fonctionnement d’un climatiseur. De plus, la simplification des systèmes est une garantie d’exploitation future à faible coût. Enfin, elle permet à l’occupant de retrouver le contact avec l’extérieur par l’ouverture des fenêtres, ce qui est luxe à nul autre pareil.

La deuxième stratégie est certainement prometteuse. Cette recherche « d’autonomie » maximale du bâtiment sans énergie autre que celle des équipements interne (éclairage et bureautique) et externe (soleil), cette conception des systèmes de chauffage et de refroidissement comme appoint en période de pointe, … constitue un des défis majeurs à relever pour les bâtiments futurs. Lorsque le contexte l’impose (environnement bruyant et pollué, volonté de garantir une stricte consigne de température intérieure, …), c’est la voie à suivre. Elle demande de la créativité tant à l’architecte qu’à l’ingénieur. Encore faut-il leur en laisser le temps et les moyens dans la phase de conception.

À noter une troisième stratégie « de compromis » :

Peut-être qu’une climatisation partielle du bâtiment est la solution ?

Dans les locaux avec forte production de chaleur interne (le centre informatique d’une société d’assurances, par exemple), la climatisation s’impose. Mais il est possible de regrouper dans cette partie du bâtiment les équipements les plus dispensateurs de chaleur (photocopieuses, imprimantes, …) et d’y prévoir une installation de free-chilling (by-pass de la machine frigorifique en hiver et refroidissement direct sur l’air extérieur).

Une telle centralisation des équipements de bureautique permet également de mieux gérer le bruit dans les locaux : les moniteurs des PC sont centralisés en ne laissant plus l’accès qu’aux écrans et claviers. Des lecteurs communs de CD ou de disquettes sont accessibles en partage.

De même, l’ensemble des locaux de réunion peuvent être regroupés (superposés, un ou deux par étage) et gérés par une installation « à volume d’air variable » (VAV).

Enfin, les autres locaux, dégagés des apports thermiques principaux, peuvent alors être gérés par refroidissement naturel.

A chaque besoin,… sa solution. Et cette « décomposition thermique » du bâtiment peut avoir un impact extérieur visible sur son architecture, … ce qui n’est pas inintéressant !

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Rendement d’un luminaire intérieur

Le rendement total η_t d’un luminaire est le rapport entre le flux lumineux émis par le luminaire et le flux lumineux des lampes.

Il est d’autant plus bas qu’il y a des éléments (ventelles, globe opalin ou prismatique) devant les lampes afin d’éviter l’éblouissement ou pour favoriser l’esthétique.

Données

Pour voir des exemples de rendement d’un luminaire.

Attention, le rendement total d’un luminaire ne focalisant pas la lumière vers le bas, c’est-à-dire vers le plan de travail (luminaire à diffuseur opalin, lumière douce, …), n’est pas exactement représentatif du rendement utile du luminaire. En effet une partie de la lumière est diffusée vers les murs ou les plafonds. Il en résulte une perte supplémentaire (qui dépend du facteur de réflexion des parois) non considérée dans la notion de rendement total. Pour comparer ce type de luminaire avec les luminaires purement directs, la notion de rendement inférieur η _i (quantifiant le flux lumineux dirigé vers le bas) peut donc également être une indication de l’efficacité du luminaire.

La norme Française UTE C71-121 impose aux fabricants de notifier le rendement inférieur η_i et le rendement supérieur η_s sous la forme :

η_i [A à J] + η_s T

Les lettres A à J permettent d’indiquer le type de répartition du flux inférieur. On utilise les lettres A à E pour les distributions intensives et les lettres F à J pour les distributions extensives. La lettre T désigne toujours la composante indirecte.

Le rendement total η_t du luminaire vaut simplement :

η_t = η_i+ η_s

Par exemple, un luminaire caractérisé par un rendement UTE de :

0.75 D + 0.10 T

émettra vers le bas avec un rendement lumineux de 75 % et selon un flux assez intensif, et vers le haut avec un rendement lumineux de 10 %. Le rendement lumineux total du luminaire vaut ici 85 %.

Rendement de 100 % ou plus ?

On voit des rendements de luminaires équipés de lampe T5 supérieurs à 100% et des rendements de luminaires à LED de 100 %.

Explication T5 :

La lampe T5 a son flux maximal à 35 °C. La norme impose une température de 25 °C pour les tests en labo. Les fabricants utilisent un facteur de correction pour compenser cette différence de t° (car ils disent qu’à la lampe, il y aura bien les 35 °C.)

Exemple courbe photométrique d’un luminaire pour T5 à rendement > 100%

Explication LED :

Le module LED fait partie du luminaire, il n’y a plus moyen de mesurer la source sans le luminaire donc on met le rendement à 100 %. Si un diffuseur est placé dans un luminaire à LED, la diminution du rendement du luminaire à LED peut être mesurée et le rendement sera alors inférieur à 100 %.

Exemple courbe photométrique d’un luminaire à LED à rendement 100 %

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Régulation des chaudières

Régulation par aquastat

Les chaudières sont systématiquement équipées d’un aquastat de sécurité. Il mesure la température de l’eau de la chaudière et se déclenche sur une élévation anormale de température de l’eau à la sortie.

Beaucoup d’anciennes chaudières sont régulées directement par un deuxième aquastat réglable manuellement qui commande directement le brûleur de la chaudière pour maintenir une température constante au départ de la chaudière.

Cet aquastat peut être situé sur le collecteur de départ raccordé à la chaudière. Il peut aussi être raccordé à un régulateur à étages pour commander en cascade un brûleur 2 allures ou à une régulateur PI ou PID pour commander un brûleur modulant.

Avec ce mode de régulation simplifié, la température des chaudières et du circuit primaire reste constante toute l’année. Il s’applique aux chaudières qui doivent être maintenues à haute température pour éviter les risques de condensation.

Ces chaudières ne supportent généralement pas des températures de retour inférieures à 55 .. 60°C, températures qui sont possibles lorsque les circuits secondaires sont régulés en fonction de la température extérieure.

Pour éviter cela, une pompe de recyclage vient puiser de l’eau dans le départ pour réchauffer le retour. Le débit recyclé est ainsi de l’ordre du tiers du débit nominal de la chaudière.

Deux techniques de recyclage peuvent être utilisées :

Régulation en fonction de la température extérieure (régulation en température glissante)

On parle de régulation en température glissante de la chaudière ou de régulation climatique.

Une sonde mesure la température extérieure (appelée sonde extérieure). Un régulateur définit la température que doit avoir l’eau au départ de la chaudière en fonction de celle-ci. La loi qui établit la correspondance entre la température extérieure et la température de l’eau est appelée « courbe de chauffe ».

Par exemple : pour une température extérieure de 3°C, la température de l’eau sera de 70°C.

La courbe de chauffe est réglable sur le régulateur. Elle dépend de la température de confort souhaitée, du niveau d’isolation du bâtiment et du surdimensionnement des corps de chauffe.

L’intérêt de ce type de régulation est de diminuer la température moyenne de la chaudière sur l’ensemble de la saison de chauffe (elle sera de l’ordre de 40 .. 45°C) et d’améliorer son rendement saisonnier.

Il n’est applicable qu’aux chaudières « très basse température » dont la température d’eau peut descendre sans provoquer de condensations préjudiciables. Il est également possible de fixer une limite basse (par exemple, 50°C) en-dessous de laquelle, la température de l’eau ne peut pas descendre pour protéger la chaudière. Au-dessus de cette température, la température d’eau est fonction de la température extérieure.

Courbe de chauffe avec limite basse à 50°C.

Régulation par thermostat d’ambiance

Ce mode de régulation est appliqué pour les installations de petite puissance (installation sans circuit primaire, avec un unique circuit de distribution dans le bâtiment).

Un thermostat d’ambiance placé dans un local témoin commande directement la mise en route du brûleur. Il peut aussi commander en parallèle le fonctionnement du circulateur de l’installation, avec une temporisation (il faut une circulation dans la chaudière au démarrage du brûleur et le circulateur évacue la chaleur de la chaudière à l’arrêt).

Ce mode de régulation ne peut s’appliquer qu’aux chaudières pouvant fonctionner à basse température. En effet, on peut schématiser l’évolution de la température dans la chaudière comme suit :

Lors de la relance matinale, le thermostat d’ambiance enclenche le fonctionnement du brûleur, la température de l’eau augmente dans la chaudière, en parallèle de la température ambiance. En général, la chaudière atteindra sa température maximale (fixée par son aquastat) avant que la consigne du thermostat ne soit atteinte. La relance se fait donc à puissance maximale, ce qui est favorable à une relance rapide et économe en énergie.

Lorsque la température intérieure de consigne est atteinte, le brûleur est coupé. la température dans la chaudière diminue. Cette diminution s’accompagne d’une diminution de puissance des corps de chauffe, jusqu’au moment où le thermostat d’ambiance est en demande. Le brûleur se remet en route et la température de l’eau augmente de nouveau jusqu’à ce que le thermostat soit satisfait, et ainsi de suite.

La chaudière va finalement se stabiliser à une température d’eau moyenne dépendant de la puissance à fournir par les corps de chauffe et donc dépendante des conditions climatiques. En mi-saison, cette température risque d’être basse, ce qui impose d’utiliser une chaudière « très basse température ».

On obtient donc une « simili régulation en température glissante ».

Régulation de plusieurs chaudières ou de brûleurs à plusieurs allures en cascade

La régulation en cascade s’applique à des installations équipées de plusieurs chaudières ou de brûleurs à deux allures (fuel ou gaz), c’est-à-dire à des installations dont la puissance totale est fractionnée en plusieurs unités.

Elle consiste à n’enclencher un étage de puissance que lorsque celui-ci est nécessaire.

Principe de fonctionnement

Régulation en cascade de 3 chaudières. Ici la cascade se fait suivant le principe « première allumée – première arrêtée » qui permet d’équilibrer naturellement les temps de fonctionnement de chaque chaudière.

Un régulateur climatique ou un aquastat à température constante fixe une température d’eau à fournir.

Au démarrage, le premier étage de puissance s’enclenche (première allure du brûleur ou première chaudière). Si après un certain temps programmable, la consigne de température n’est pas atteinte, un deuxième étage de puissance vient en complément (deuxième allure du brûleur ou deuxième chaudière), puis un troisième si nécessaire.

Lorsque la température de consigne est dépassée, un premier étage de puissance s’arrête (par exemple, le premier allumé). Si après un certain temps, la consigne est toujours dépassée, un deuxième étage s’arrête également. Si la température descend en dessous de la consigne, un étage complémentaire est réenclenché.

La puissance mise en œuvre suit ainsi les besoins. En effet, si la petite puissance est suffisante pour maintenir la consigne (en mi-saison), les autres étages ne seront pas enclenchés.

Exemple.

Dans le cas de deux chaudières équipées chacune d’un brûleur 2 allures, on dispose de 4 étages de puissance qui peuvent s’enclencher suivant la séquence :

chaudière 1, allure 1
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 2, allure 2

ou la séquence :

chaudière 1, allure 1
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 2

La première solution a l’avantage de limiter la nombre de démarrages de brûleur à « froid », synonymes de mauvaises combustions transitoires. Par contre, elle ne favorise pas le fonctionnement des brûleurs en première allure, c’est-à-dire avec le meilleur rendement de combustion.

Le compromis peut donc être trouvé dans la description faite par le cahier des charges type 105 de la Régie des bâtiments (1990) où on recommande que l’enclenchement se fasse suivant la séquence :

chaudière 1, allure 1
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 2, allure 2

et le déclenchement suivant la séquence :

chaudière 2, allure 2
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 1, allure 1

Intérêt

L’intérêt de la régulation en cascade se situe au niveau de :

L’adaptation au plus juste la puissance mise en œuvre aux besoins thermiques du bâtiment, de manière à obtenir un temps de fonctionnement des brûleurs le plus long possible. En effet, plus le temps de fonctionnement d’un brûleur est long par rapport au temps d’utilisation d’une chaudière meilleur sera son rendement (diminution du temps d’attente de la chaudière et donc de ses pertes à l’arrêt (augmentation du facteur de charge) et diminution des émissions polluantes associées au démarrage des brûleurs).
Dans le cas de plusieurs chaudières régulées en cascade : l’élimination des pertes à l’arrêt des chaudières non nécessaires en arrêtant leur irrigation à l’arrêt du brûleur par fermeture automatique d’une électrovanne et l’arrêt du circulateur de la chaudière si elle en possède un.

Dans le cas de brûleurs 2 allures : l’augmentation du rendement de combustion. En effet, en petite allure, la puissance du brûleur diminuant par rapport à la surface d’échange, les fumées sont évacuées plus froides vers la cheminée et donc les pertes par les fumées diminuent. Un gain de 2 .. 2,5 % sur le rendement de combustion peut être obtenu lorsque la puissance du brûleur est de l’ordre de 60 .. 70 % de la puissance de la chaudière.

On l’aura compris, la régulation en cascade des chaudières peut améliorer le rendement saisonnier de l’installation de production de chaleur.

Exemple.

Un bâtiment nécessite une puissance de chauffage de 800 kW.

Voici le temps de fonctionnement simulé du(des) brûleur(s) en fonction du découpage de la puissance choisi, pour une durée de la saison de chauffe de 5 800 heures/an :

Nombre de chaudières	Type de brûleur	Temps de fonctionnement du (des) brûleur(s) à chaque allure [h/an]
1 de 800 [kW]	1 allure	2 009 (all 1 : 800 [kW])
1 de 800 [kW]	2 allures (60 % / 100 %)	2 754 (all 1 : 480 [kW])		374 (all 2 : 800 [kW])
2 de 400 [kW]	2 allures (60 % / 100 %)	4 210 (ch 1 – all1 : 240 [kW])	417 (ch 1 – all2 : 400 [kW])	1 725 (ch 2 – all1 : 240 [kW])	40 (ch 2 – all2 : 400 [kW])

Voici le rendement saisonnier de l’installation obtenu avec différentes combinaisons de chaudières, en fonction des pertes à l’arrêt de celles-ci. Les hypothèses prises pour la simulation sont :

une puissance de chauffe non surdimensionnée,
un rendement de combustion de 92% en grande allure de brûleur et de 94% en petite allure,
une séquence de régulation de la cascade suivant l’ordre : « chaudière 1, petite allure, puis chaudière 2, petite allure, puis chaudière 1, grande allure, puis chaudière 2, grande allure ».

Calcul du rendement saisonnier de la production de chaleur en fonction du choix de la combinaison de chaudières.

L’écart affiché entre les différentes solutions s’accentue lorsque l’installation est surdimensionnée (ici on a dimensionné la ou les chaudières au plus juste) et que les chaudières présentent des pertes à l’arrêt importantes (par exemple, pour les chaudières gaz atmosphériques).

On constate que, théoriquement, posséder plusieurs chaudières régulées en cascade mais qui restent irriguées en permanence ne sert quasi à rien d’un point de vue énergétique (si on ne tient pas compte de la production d’imbrûlés et autres émissions polluantes).

L’écart de rendement saisonnier entre les différentes solutions s’amenuise lorsque les pertes à l’arrêt des chaudières diminuent (arrêt de la circulation d’air dans la chaudière à l’arrêt et isolation performante). Il peut même devenir nul ou négatif en fonction des conditions de fonctionnement. La différence est de moins de 0,5 % sur la consommation annuelle pour des chaudières modernes à faibles pertes à l’arrêt, équipées d’un brûleur 2 allures.

En pratique

Voici différents modes de régulation possibles :

Décalage des aquastats de chaudière

Ce mode de régulation est souvent appliqué sur d’anciennes installations et n’apporte quasi pas d’économie.

Il s’agit de décaler la consigne de l’aquastat de chaque chaudière, de quelques degrés (par exemple 80°C pour une chaudière et 70°C pour l’autre).

Ordre d’enclenchement des chaudières avec une régulation de cascade basée sur des aquastats de départ.

Lorsque les besoins thermiques deviennent importants (par exemple à la relance matinale), la température dans les chaudières va chuter en dessous de 70°C. Le brûleur des deux chaudières va donc s’enclencher.
Lorsque les besoins vont diminuer, la température dans les chaudières va augmenter. Lorsqu’elle dépasse 70°C, une première chaudière s’arrête. Si elle dépasse 80°C, la deuxième chaudière s’arrête. Si la température retombe en dessous de 80°C, seule cette dernière chaudière va démarrer. Si malgré le fonctionnement de celle-ci, la température d’eau continue à chuter en dessous de 70°C, la deuxième chaudière va venir au secours de la première.

Ce système présente un avantage : il ne demande pas l’adjonction d’un régulateur particulier puisque l’on travaille avec les aquastats des chaudières.

Par contre il présente trois inconvénients majeurs, qui le rendent quasi inintéressant d’un point de vue énergétique :

Il impose l’irrigation permanente de toutes les chaudières. On perd donc un des intérêts de la régulation en cascade : la suppression des pertes à l’arrêt des chaudières non nécessaires.
La température de départ est faible si la puissance demandée est élevée et élevée si la puissance demandée en faible. Même si les vannes mélangeuses corrigent le tir par après, c’est une situation énergétiquement défavorable.
Les aquastats doivent avoir des consignes suffisamment décalées sous peine de voir les chaudières fonctionner en parallèle et non en cascade. En effet, si la température de retour des circuits descend en dessous de la température de consigne de la chaudière à l’arrêt, le brûleur de cette dernière s’enclenchera d’office puisqu’il mesurera une température de chaudière trop basse.

Régulation en fonction de la température de départ du collecteur

Ce mode de régulation est le plus courant.

Ici, on mesure la température commune à toutes les chaudières, sur le départ du collecteur (ne pas placer la sonde entre les chaudières). Ceci a comme avantage de permettre l’arrêt de l’irrigation des chaudières à l’arrêt et donc de diminuer les pertes.

Le fonctionnement de la cascade peut être géré par des relais temporisés ou un programmateur électronique qui enclenchent et déclenchent les différentes chaudières.

Coffret de gestion de cascade analogique.

Les nouveaux régulateurs gèrent de façon « intelligente » l’enclenchement des chaudières. Par exemple, en fonction de la courbe d’évolution de la température de l’eau par rapport à la consigne, le régulateur prendra ou non la décision d’enclencher une nouvelle chaudière, évitant ainsi tout enclenchement de courte durée.

Régulation en fonction de la température de retour du collecteur

Lorsque les besoins en chauffage augmentent, la température de retour diminue, à débit d’eau constant.

Lorsque la température de retour chute, la chaudière suivante de la séquence est enclenchée.

Exemple.

Prenons une chaufferie composée de 3 chaudières dimensionnées pour un régime de température 90°/70°. La différence entre le départ et le retour est de 20°C lorsque les besoins sont maximaux.

Si la température de départ est maintenue en permanence à 90°C, on peut déterminer la température de retour qui correspond à la puissance de chaque étage de la cascade :

20 [°C] / 3 [chaudières] = 7 [°C]

Une chaudière est nécessaire lorsque la température de retour est supérieure à :

90 [°C] – 7 [°C] = 83 [°C]

Deux chaudières sont nécessaires lorsque la température de retour est comprise en 83 [°C] et :

90 [°C] – 7 [°C] – 7 [°C] = 76 [°C]

En dessous de 76 [°C], la troisième chaudière s’enclenche.

Si la température de départ du collecteur est régulée en fonction de la température extérieure, la consigne de retour à maintenir, varie également.

Notons qu’avec une régulation en cascade en fonction de la température de retour, en absence de besoin, la température circulant dans la boucle primaire sera égale à la température de retour (70°C). Par contre cette température sera égale à la température de départ (90°C) dans le cas d’une régulation en fonction de la température de départ, ce qui est plus défavorable d’un point de vue énergétique.

Régulation en fonction de la chaleur fournie

Il existe également des régulateurs de mise en cascade qui se basent sur la quantité de chaleur fournie aux utilisateurs, par exemple, en mesurant les temps de fonctionnement des brûleurs.

Les chaudières modulaires

Les chaudières sont quasiment raccordées en série : si la température demandée au départ du collecteur n’est pas atteinte, la deuxième chaudière est enclenchée (ouverture de la vanne d’isolement et mise en route du circulateur). L’eau préchauffée dans la première chaudière transite alors dans la deuxième chaudière.

On peut ainsi associer une série de chaudières sur un même collecteur.

Une des caractéristiques de ce système est que la température demandée au départ du collecteur est toujours inférieure à la température maximale des chaudières puisque l’eau chaude issue de (des) la chaudière(s) est en permanence mélangée avec une partie de l’eau froide issue des retours vers le collecteur.

Un fonctionnement correct de ce type d’installation est assez aléatoire. Il demande donc un dimensionnement minutieux des différentes parties.

Précautions

Idéalement, pour fonctionner correctement, une régulation en cascade des chaudières doit comprendre :

Isolation hydraulique des chaudières à l’arrêt

Le principal intérêt de la cascade repose sur l’élimination des pertes à l’arrêt des chaudières non nécessaires. Pour cela, l’irrigation de ces chaudières doit être stoppée au moyen d’une vanne d’isolement motorisée (2 ou 3 voies). Si chaque chaudière possède son propre circulateur de charge, l’arrêt de celui-ci n’est pas suffisant. En effet, il ne faut pas négliger le débit qui peut circuler au travers d’un circulateur à l’arrêt, du fait de la pression différentielle présente dans l’installation. Une vanne d’isolement motorisée ou un clapet anti-retour complémentaire est donc nécessaire.

L’arrêt de la circulation dans les chaudières à l’arrêt a également un intérêt au niveau du bon fonctionnement de l’installation. En effet, si on maintient « ouvertes » les chaudières à l’arrêt, de l’eau de retour transitent par celles-ci et puis se mélange à l’eau chaude de départ, ce qui perturbe la régulation puisque l’on n’atteint plus la température désirée.

Vannes d’isolement à ouverture lente

L’isolation hydraulique d’une chaudière à l’arrêt est la plupart du temps réalisée par une vanne motorisée d’isolement à 2 voies. Cette vanne est généralement à vitesse lente. A la mise en route, on évite ainsi un choc thermique dans une chaudière froide subitement alimentée par des retours chauds. De plus, quand la chaudière est froide, on évite d’injecter brutalement de l’eau froide dans l’installation.

Vanne d’isolement motorisée.

C’est la fin de course de la vanne d’isolement donne l’autorisation de mise en route du brûleur, ce qui permet :

à la chaudière de se réchauffer progressivement au contact de l’eau chaude de l’installation,
à une chaudière ne pouvant pas travailler en très basse température de démarrer sans condenser, puisque la température de l’eau au démarrage du brûleur sera déjà supérieure à 60°C.

Cette précaution n’est pas nécessaire pour certaines chaudières à forte capacité en eau (qui peuvent fonctionner à débit nul) avec lesquelles, il est possible de mettre la chaudière en température avant l’ouverture de la vanne.

Lorsque chaque chaudière possède sa pompe de charge, il est conseillé d’enclencher la pompe avant l’ouverture de la vanne d’isolement pour éviter une perturbation dans le réseau, consécutive à l’injection brutale du débit total de la chaudière.

Temporisation à l’enclenchement

Lors de la mise en service d’une chaudière, on ne peut quasiment pas éviter une baisse de température de l’eau d’alimentation des circuits, ce qui pose des problèmes pour le régulateur de la cascade. Celui-ci à tendance à compenser cette baisse de température par la mise en route d’une chaudière supplémentaire (qui aggravera encore plus la situation). Une temporisation adéquate doit être prévue, sinon on risque de voir s’enclencher inutilement plus de chaudières que nécessaire et faire ainsi chuter le rendement saisonnier de l’installation.

La temporisation de mise en marche des chaudières dépend de leur inertie thermique. Elle peut être réglée à :

3 .. 10 minutes pour les chaudières peu inertes,
10 .. 30 minutes pour une chaudière à forte capacité en eau.

Chaudière équipée d’un by-pass de recyclage maintenant une température de retour minimale vers la chaudière.

Dans le cas de chaudières équipées d’un by-pass de recyclage avec circulateur, on peut éviter ce problème en mettant en marche le brûleur de la chaudière et le circulateur avant l’ouverture de la vanne d’isolement. Lorsque la température de retour minimale pour la chaudière est atteinte, la vanne d’isolement commence à s’ouvrir. Ce fonctionnement évite un refroidissement brutal de la température d’alimentation des circuits et facilite le contrôle de la cascade en évitant les enclenchements intempestifs de chaudières. L’inconvénient est que, durant sa remontée en température, la chaudière passe par une courte période pendant laquelle elle condense, ce qui peut être préjudiciable à certaines chaudières fonctionnant au fuel.

Evacuation de la chaleur résiduelle de la chaudière

Lorsqu’une chaudière est mise hors circuit, la circulation d’eau est maintenue pendant le temps nécessaire au dégagement de la chaleur accumulée dans la chaudière. Ce temps de circulation varie entre 2 et 15 minutes selon l’inertie thermique de la chaudière. Généralement cette temporisation est assurée par la vanne motorisée d’isolement dont le temps de fermeture est d’environ 5 minutes, ce qui est parfois insuffisant, notamment pour les chaudières à forte inertie.

On peut aussi imaginer que la vanne ne se referme que lorsque la température mesurée à la sortie de la chaudière est égale à la température de retour commune. Attention, dans ce cas, il y aura, au départ du collecteur une chute progressive de la température de départ puisque celle-ci sera le résultat d’un mélange entre de l’eau en provenance de la chaudière en fonctionnement et de l’eau de retour transitant par la chaudière à l’arrêt. La temporisation à l’enclenchement des chaudières doit permettre tout redémarrage intempestif de la chaudière mise à l’arrêt.

Pour les chaudières de forte puissance, la vanne motorisée d’isolement peut être modulante et se fermer progressivement pour maintenir la température de sortie à une valeur choisie. Cela permet d’évacuer la chaleur accumulée dans la chaudière sans perturber la température d’alimentation du réseau.

Inversion de l’ordre de cascade

L’ordre d’enclenchement des chaudières dans la cascade peut être modifié pour assurer un nombre équivalent d’heures de fonctionnement de chaque chaudière (rem : la circulation est généralement maintenue permanente dans la première chaudière de la cascade).

L’inversion de l’ordre de cascade peut être modifié manuellement, à l’aide d’une horloge ou de façon cyclique par un module d’inversion automatique inclus dans le régulateur.

Les avantages de l’inversion sont :

la réduction de l’encrassement de la chaudière qui serait sollicitée en permanence,
la non-déterioration de la chaudière qui serait maintenue à l’arrêt durant une longue période.

Ce principe d’inversion ne prévaut cependant pas :

pour les chaufferies composées comprenant une chaudière traditionnelle et une chaudière à condensation. Cette dernière doit en permanence être prioritaire car elle présente toujours un meilleur rendement utile..
pour les chaufferies composées de chaudières de puissance différentes. Dans ce cas l’enclenchement des chaudières dépendra de l’ampleur des besoins à satisfaire.

Fonctionnement prioritaire en première allure

Lorsque l’on dispose de plusieurs chaudières équipées de brûleurs 2 allures, on a tout intérêt à favoriser l’ordre d’enclenchement suivant (par exemple, pour 2 chaudières) :

chaudière 1, allure 1
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 2

plutôt que :

chaudière 1, allure 1
puis chaudière 1, allure 2
puis chaudière 2, allure 1
puis chaudière 2, allure 2

En effet, la première solution augmente le temps de fonctionnement des brûleurs en première allure, allure qui présente un meilleur rendement de combustion (2 à 2,5 % de gain entre la première et la deuxième allure).

Commutation automatique en cas de défaut

Si une chaudière ne peut démarrer pour un défaut de son brûleur ou de sa pompe, l’appel automatique à une autre chaudière permet de ne pas interrompre le service.

Interdiction de fonctionnement d’une chaudière en fonction de la température extérieure

Cette fonction permet de ne pas appeler systématiquement toutes les chaudières au moment des remontées en température et d’éviter des démarrages de trop courte durée en mi-saison.

Par exemple, si à chaque relance, toutes les chaudières sont mises en route, les chaudières devenues inutiles en journée mettront un temps certain à se refroidir. Elles présenteront ainsi des pertes à l’arrêt qui se rapprocheront d’une installation dont toutes les chaudières sont en permanence irriguées.

Attention cependant quand l’installation comprend un optimiseur pour gérer le ralenti nocturne. En effet, celui-ci sera perturbé s’il compte sur une puissance constante à la relance.

Limitation basse de la puissance des brûleurs en première allure

Les fabricants de chaudières définissent, par rapport à chaque chaudière, une puissance minimale en dessous de laquelle un brûleur ne peut pas descendre. Cette puissance est généralement de 60% de la puissance nominale de la chaudière. La raison de cette exigence est d’éviter les risques de condensation des fumées. En effet plus la puissance de la flamme est petite par rapport à la surface d’échangeur, plus les fumées pourront se refroidir jusqu’à ce qu’elles atteignent leur température de condensation.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’infrastructure et le respect de l’hygiène des mets

Dispositions des locaux

La cuisine

Le plan de la cuisine indique l’emplacement des différents locaux les uns par rapport aux autres et le cheminement des matières premières et ingrédients durant le stockage, la préparation et la distribution des denrées alimentaires (= le principe de la marche en avant).
Le plan doit répondre aux exigences suivantes :

Il y a une séparation stricte entre les zones « sales » (telles que locaux d’entreposage, local de déballage, endroit pour nettoyer les légumes, local vide poubelles) et les zones « propres » (endroit pour préparer les plats froids et chauds). Les lignes « sales » et « propres » ne peuvent pas se croiser. C’est le principe de « la marche en avant« .

La cuisine se compose de locaux séparés pour nettoyer les légumes, préparer les plats froids, préparer les plats chauds et faire la vaisselle. Ces locaux sont disposés suivant le principe de la marche en avant.

La procédure de réception des marchandises, jusqu’à sa conclusion, doit être organisée de manière à ce que les fournisseurs n’entrent pas dans les locaux de préparation.

Par manque de place dans les cuisines, les erreurs suivantes peuvent se produire :

lignes « sales » et « propres » qui se croisent,

pas de séparation entre zones de travail « sales » et « propres ».
Exemple : le nettoyage des salades et la préparation d’une assiette froide se fait au même endroit.
Exemple : découper du poulet cru sur une planche et ensuite sur la même planche découper des tomates sans avoir nettoyer et désinfecter la planche.

Les solutions définitives se traduisent en général par des modifications constructives, qui sont souvent de nature radicale et non réalisables dans l’immédiat. Dès lors, des mesures organisationnelles s’imposent afin d’améliorer provisoirement la situation, comme éviter le croisement des lignes « sale » et « propre » ou prendre des mesures préventives contre la contamination de la nourriture et/ou du matériel.

Ces mesures peuvent consister à :

Dissocier dans le temps les opérations « sales » et « propres », froides et chaudes par exemple en prévoyant une séparation nette entre le service des snacks froids et des boissons, le service des repas chauds, le nettoyage des légumes, le lavage du matériel et de la vaisselle sale, etc..

Prévoir une opération de nettoyage et de désinfection intermédiaire entre la fin du traitement des produits crus et le début du traitement des produits préparés.

Ne pas organiser l’approvisionnement des locaux d’entreposage pendant l’activité de préparation des aliments.

Toujours couvrir les produits préparés lors de leurs transport et conservation.

Le restaurant

La disposition du restaurant ou de la cantine doit être telle qu’elle permette de servir les repas de manière efficiente et hygiénique.

Le flux de retour de la vaisselle sale en provenance du restaurant ne peut pas transiter par la zone de délivrance des plats aux consommateurs et ne peut pas croiser la ligne de préparation des plats (« Contamination croisée« ).

Si cela s’avère impossible, il faut veiller à éviter la contamination croisée entre la vaisselle sale et les plats servis par dissociation dans le temps et par une opération de nettoyage.

La note horéca – « La ventilation dans l’horéca » du CSTC précise ce qui suit :

Si le restaurant ou la cafétéria a une superficie de plus de 50 m² et qu’il est autorisé d’y fumer, un emplacement distinct doit être réservé aux fumeurs. Cet emplacement ne peut s’élever à plus de la moitié de la superficie totale de l’endroit fermé. Cet emplacement ne doit pas spécialement être séparé matériellement du reste du lieu fermé, mais doit alors être indiqué par tous moyens permettant de le situer.

Un bon aménagement consiste à éviter que l’atmosphère enfumée ne soit entraînée vers la zone non-fumeurs. Étant donné que l’air se déplace d’une zone à haute pression vers une zone à basse pression, la zone fumeurs doit se trouver à l’endroit où la pression est la plus basse (près de l’endroit où l’air sort).

Remarque : ce dernier paragraphe ne fait pas directement partie de l’arrêté sur l’hygiène des denrées alimentaires. En effet, celui-ci donne des obligations de résultats et non de moyens. Les moyens sont par contre mieux précisés par les différents arrêtés sur la ventilation dans l’horéca.

Les installations sanitaires

Les toilettes ne peuvent en aucun cas avoir des portes ou des fenêtres qui communiquent directement avec les cuisines (il faut toujours qu’il y ait au moins 2 portes entre le WC et la cuisine à moins que ce WC soit très éloigné de la cuisine).

Stockage des déchets

Pour le stockage des déchets, un local séparé de l’endroit où l’on prépare les aliments doit être prévu. Les dispositifs de transport et de stockage des déchets doivent être conçus de manière à éviter toute contamination des denrées alimentaires et de l’eau potable.

Finition des locaux

Les exigences en matière de finition des locaux s’appliquent à tous les locaux où sont préparés et conservés des aliments.

Les sols

Les sols doivent être réalisés dans un matériau qui n’absorbe pas l’humidité, qui soit facile à nettoyer et antidérapant (à l’état sec et mouillé). On donnera la préférence à un sol sans joints (ou avec le moins de joints possible).

Jonction avec les égouts :

Les sols doivent être suffisamment inclinés afin que l’eau de rinçage et de nettoyage puisse s’écouler facilement vers les puisards, soit directement soit via des rigoles ouvertes. Les puisards doivent être munis d’un siphon et d’une grille amovible facile à nettoyer.

On vérifiera donc, lors du diagnostic, qu’il n’y a pas d’eau stagnante, ou que lors du nettoyage le sol est convenablement raclé, que les grilles du système d’évacuation sont propres, qu’il y a un panier permettant de récupérer les déchets.

Jonction avec les parois :

Il sera plus facile de nettoyer le sol si les plinthes à la jonction entre les murs et le sol sont arrondies (plinthes sanitaires).

Les parois

La finition des parois doit être telle qu’elles puissent être nettoyées facilement et qu’elles n’offrent pas d’endroits propices à l’accumulation de la saleté ou de refuges pour les animaux nuisibles :

Les parois doivent être dures, lisses et imperméables à l’eau, jusqu’à une hauteur convenable (il n’est donc pas toujours nécessaire de prévoir ce type de revêtement jusqu’au plafond).

On peut, par exemple, utiliser un hydrofuge dans le ciment de jointoyage pour rendre celui-ci imperméable à l’eau de condensation, à la vapeur et à l’eau de nettoyage.

La couleur des parois sera, de préférence, claire afin de voir la saleté.

En cas de carrelage, l’espace entre et derrière les carreaux doit être bien rempli afin de ne pas créer de milieux propices à la prolifération d’insectes nuisibles (entre autres les cafards).

Équipements fixés aux parois :

Les tuyaux de décharge et les canalisations sont, de préférence, enfouis dans le mur ou dans le sol. Si les canalisations sont fixées sur la paroi, la distance entre la canalisation et la paroi doit être suffisamment grande afin de pouvoir nettoyer la paroi derrière la canalisation.

Les portes, fenêtres, stores

Exigences concernant les portes :

Finition lisse et bon entretien.

De préférence à fermeture automatique et bien isolées (pas exigé par la législation).

Portes de communication, de préférence, sans boutons ni poignées pour éviter le dépôt de bactéries (pas exigé par la législation).

Exigences concernant les fenêtres :

Si les fenêtres peuvent s’ouvrir, elles doivent être munies de moustiquaires qui peuvent facilement être enlevées pour le nettoyage.

Elles doivent bien fermer.

Les tablettes intérieures seront, de préférence, en pente pour éviter qu’elles ne servent de surface de rangement (pas obligatoire).

Comme chacun le sait les rayons du soleil qui pénètrent par les fenêtres font remonter la température des locaux; c’est pourquoi, si l’on veut garder une température fraîche dans les locaux d’entreposage, il n’est pas judicieux de placer des fenêtres, à moins qu’elles ne soient situées au Nord. S’il y en a, elles seront calfeutrées. Si les rayons du soleil peuvent pénétrer à l’intérieur, il faut prévoir des stores. On évitera également d’installer dans ces locaux des stores intérieurs, comme des lamelles horizontales par exemple, parce qu’ils sont difficiles à nettoyer.

Les plafonds

Les plafonds doivent être conçus de manière à prévenir la condensation, afin d’empêcher le développement de moisissures et l’écaillage, et l’accumulation de la saleté. Ils doivent être faciles à nettoyer. L’angle entre la cloison et le plafond sera légèrement arrondi (pas exigé) afin que le nettoyage s’effectue sans encombre. Ils doivent être sans intervalle. En effet, les espaces entre les lamelles permettent à la crasse et aux insectes de s’accumuler de se développer et éventuellement de retomber par la suite dans les aliments.

Les petites modifications au niveau de la finition des locaux doivent être réalisées à court terme. Les carreaux et plinthes détachés, les grilles rouillées des puisards etc. doivent être immédiatement réparés ou remplacés. En effet, les carrelages cassés ou manquants au sol favorisent la stagnation de l’eau et de la crasse et permettent un développement des micro-organismes.

Si aucune modification ne peut être réalisée, il faut prendre des mesures provisoires, telles qu’accorder plus de soin et plus de temps au nettoyage.

Ventilation

Évaluer

Si vous désirez plus d’information concernant l’évaluation de la qualité de l’air.

La ventilation doit être suffisante pour éviter que la température augmente de manière exagérée dans les locaux, cette ventilation doit permettre d’évacuer les vapeurs de cuisson et d’éviter la formation de la condensation.
La direction du courant d’air ne peut aller d’une zone sale vers une zone propre.

Un système de ventilation artificiel doit satisfaire aux conditions suivantes :

La bouche de ventilation doit être munie d’une grille ou d’une autre protection en matériau anticorrosion.

Les filtres et autres parties de l’installation doivent être facilement accessibles pour les besoins d’entretien et de nettoyage.

Il est fortement conseillé d’installer au-dessus des appareils de cuisson une hotte qui aspire efficacement les vapeurs d’eau et de graisse. Il faut éviter que les condensats et la graisse ne retombent (Cette mesure n’est pas imposée par l’arrêté. En effet, ce dernier donne une obligation de résultats et non de moyens.).

Ventilation du restaurant

La note horéca – « La ventilation dans l’horéca » du CSTC qui explique les différentes lois sur la ventilation dans l’horéca, dit :

Dans tous les locaux où il est effectivement autorisé de fumer (y compris les locaux de moins de 50 m2), l’A.R. du 15 mai 1990 prescrit l’installation d’un système d’extraction des fumées ou d’un système d’aération. Le débit minimal d’air de ce système sera de : S x 15 (m³/h), avec S = superficie (en m²) de la zone de fumeurs. Si la partie fumeurs et celle de non-fumeurs ont une liaison directe, cette disposition est d’application à la superficie totale des lieux (A.M. du 9 janvier 1991). La surface comprend la superficie occupée par un comptoir ou un bar et la superficie de service à l’arrière de ceux-ci. Par contre la superficie des lieux non accessibles aux publics (cuisine, débarras) ainsi que la superficie des lieux intermédiaires, escaliers et autres qui ne sont normalement pas utilisés pour la consommation ne sont pas compris dans cette surface.

Néanmoins, selon le CSTC, la valeur de 15 m³/hxm² risque d’être trop faible et il vaut mieux également respecter les normes ASHRAE 62-89 qui préconisent un débit d’air dans une salle à manger de 36 m³/personne ce qui, avec une moyenne de 70 personnes par 100 m², correspond à un débit de 25 m³/hxm².

Si le système a une source d’air extérieur, il faut contrôler régulièrement que le passage de l’air n’est pas obstrué.

Le système de ventilation doit se trouver dans un bon état d’entretien. Les filtres doivent être contrôlés régulièrement et ils doivent être remplacés périodiquement conformément aux spécifications du fabricant.

Éclairage

Il est très important de disposer d’un bon éclairage sur toute l’étendue du local de travail.

Cet éclairage doit satisfaire aux exigences suivantes :

L’éclairage naturel ou artificiel doit être direct et ne peut projeter d’ombres sur le plan de travail.

Il faut un éclairement suffisant : 540 lux sur toutes les tables de travail, 220 lux dans les locaux de travail et 110 lux dans tous les autres locaux sont une bonne indication.

Évaluer

Si vous voulez savoir comment évaluer le niveau d’éclairement dans votre local (cas des bureaux).

Tous les dispositifs d’éclairage doivent être protégés de façon à éviter la pollution des denrées alimentaires en cas de bris de verre.

L’éclairage ne doit pas altérer les couleurs.

Évaluer

Si vous voulez savoir comment évaluer le rendu des couleurs de l’éclairage de votre local (cas des bureaux).

Eau potable

Les cuisines doivent être raccordées à l’alimentation en eau potable.

Il faut prévoir un système d’eau qui fasse suffisamment d’eau potable très chaude.

La glace doit être préparée avec de l’eau potable.

En ce qui concerne l’eau non potable, utilisée pour la production de vapeur, le refroidissement, l’extinction des incendies ou pour d’autres applications où aucun contact n’est possible avec les denrées alimentaires, les mesures suivantes doivent être prises :

alimentation via des canalisations à part, sans possibilité de reflux dans le réseau d’alimentation en eau potable,

apposition d’une inscription clairement visible: « eau non potable » (on peut, par exemple, utiliser des tuyaux de couleurs différentes ou apposer dessus des autocollants d’une couleur spécifique).

La vapeur utilisée en contact direct avec les denrées alimentaires ne peut contenir aucune substance susceptible de présenter un danger pour la santé ou de contaminer le produit.

Évacuation des eaux usées

Les installations doivent être équipées d’un système d’évacuation des eaux usées en bon ordre de marche. Il doit toujours être en bon état et être bien entretenu :

Toutes les conduites d’évacuation des eaux (y compris les égouts) doivent avoir suffisamment de capacité pour pouvoir faire face aux charges de pointe.

Elles doivent être conçues de manière à empêcher la pollution de l’eau potable.

Il ne doit donc jamais y avoir de l’eau stagnante.

Lors du diagnostic, on vérifiera donc qu’il n’y a pas d’eau stagnante et pas d’odeurs qui se dégagent par cet endroit.

La plupart des eaux usées évacuées sont chargées en graisse. Pour éviter de compromettre les chances d’épuration correcte, on place en général un dégraisseur à la sortie des cuisines.

Enceinte réfrigérée / réfrigérateur

Toutes les enceintes réfrigérées doivent être équipées de parois imperméables à l’eau.

Lors du diagnostic, l’étanchéité de l’enceinte sera vérifiée.

Le nombre d’enceintes réfrigérées doit être suffisant pour permettre un stockage séparé des produits (séparation des produits sales et propres et des produits crus et préparés).

La capacité du groupe frigorifique doit permettre d’atteindre une température de réfrigération de +4°C. (La réglementation sur les denrées à réfrigérer exige +7°C mais des denrées comme la viande hachée et le poisson frais se conservent nettement mieux à des températures plus basses : 2° à 0°C).

Toutes les enceintes réfrigérées doivent être équipées d’un thermomètre précis à 1°C près, placé au point le plus chaud de l’enceinte ou d’un autre dispositif d’enregistrement de la température (par exemple, système d’alarme automatique) (A.R. 04/02/1980).

Dans la réglementation française, les plats cuisinés à l’avance, après réfrigération, doivent être conservés dans une chambre spécifique dont la température est enregistrée en permanence (0 à 3°C). Les graphiques de température doivent être conservés durant un mois.
Les plats sont placés sur des chariots, paniers ou clayettes.

On privilégiera les périodes de stockage courtes.
Les aliments entrés les premiers dans le congélateur serviront les premiers à la consommation (gestion de stock FIFO (« first in, first out »))

Dans les petites cuisines qui ne disposent que d’une seule ou deux chambre(s) froide(s) et où il faut ranger tous les produits ensemble voici des propositions de rangement.

Chambre froide à 8°C

Étages supérieurs :

produits laitiers non stérilisés (ceux pour lesquels une température inférieure de stockage n’est pas requise),
semi-conserves.

Étagères intermédiaires :

fruits bruts.

Étagères inférieures :

légumes bruts,
œufs en coquille.

Chambre froide à température inférieure ou égale à + 3°C
Étagères supérieures :

pâtisseries,
plats cuisinés réfrigérés. Viandes précuites,
préparations froides prêtes à consommer.

Étagères intermédiaires :

Charcuteries cuites et/ou séchées

Étagères inférieures :

denrées animales crues,
viandes de boucherie, volailles,
charcuteries crues.

Le tout est, de préférence, emballé.

Si on ne dispose que d’une chambre froide il faut bien évidemment qu’elle puisse assurer la température la plus basse.

Un manque d’espace d’entreposage réfrigéré peut être résolu de deux manières seulement :

extension des enceintes réfrigérées et acquisition de réfrigérateurs,

adapter la préparation aux capacités de stockage, privilégier les cycles de stockage courts (travailler avec le stock d’une journée, par exemple)

Enceinte de congélation / congélateur

Les produits surgelés achetés doivent être stockés dans une enceinte ou une armoire de congélation atteignant une température de congélation de -18°C ou moins. Les produits de même nature sont regroupés par zones. Toutes les enceintes de congélation doivent être dotées d’un thermomètre. Pour les enceintes de congélation supérieures à 10 m³, la loi impose un système d’enregistrement automatique de la température. Les enregistrements de la température ainsi obtenus doivent être datés et conservés pendant au moins 1 an (A.M. 28 01 1993).

On privilégiera également les périodes de stockage courtes.
Les aliments entrés les premiers dans le congélateur serviront les premiers à la consommation (gestion de stock FIFO (« first in, first out »)).

La capacité du congélateur (maintien d’une température de congélation de -18°C ou moins) doit être suffisante. En cas d’écart, une adaptation s’impose.

Un manque de capacité de stockage ne peut être comblé que par :

l’extension de l’enceinte de congélation,
ou en modifiant la fréquence d’achat.

Installations sanitaires, vestiaires et douches

Il faut prévoir suffisamment de toilettes. Il faut compter au moins 1 cabinet pour 15 travailleurs employés en même temps (voir RGPT – Art 96). Les toilettes doivent être équipées d’une chasse d’eau et être raccordées à un système d’évacuation efficace des eaux usées.

Les toilettes (tant pour le personnel que pour les clients), doivent être correctement éclairées et ventilées. La présence de lavabos est indispensable et leur nombre doit être suffisant. Il faut compter un lavabo pour quatre cabinets ou urinoirs (RGPT – Art.93).

Pour le personnel, il est conseillé de prévoir des vestiaires et des douches bien aérées.

Local de stockage pour les déchets

Les déchets et les restes d’aliments doivent être stockés dans des conteneurs à ordures qui ferment bien et qui sont disposés dans un local séparé, suffisamment éloigné des locaux d’entreposage et des cuisines.

La température dans les locaux où sont disposés ces conteneurs à ordures doit être maintenue aussi basse que possible (par exemple en la situant au nord plutôt qu’en plein soleil); il faut veiller à une bonne ventilation et à une protection efficace contre les insectes et les rongeurs.

Les conteneurs et le local même doivent être faciles à nettoyer et à désinfecter.

Armoire de rangement pour le matériel d’entretien

Pour les produits d’entretien et de désinfection et le matériel d’entretien, il faut prévoir un emplacement ou une armoire à part séparé des cuisines et du local d’entreposage.

Dispositifs pour l’hygiène des mains

Dans les cuisines, il est nécessaire de prévoir un (ou plusieurs) lavabo(s) réservé(s) au lavage des mains. Ces points d’eau sont alimentés, de préférence, avec de l’eau courante chaude et froide de qualité potable. Les lavabos sont équipés de robinets que l’on touche le moins possible (robinets commandés par le genou, le coude, à œil électrique, etc.).

Il est interdit de mettre une installation de séchage des mains par soufflage d’air dans les locaux où les denrées alimentaires ne sont pas emballées ou protégées. L’utilisation d’essuie-mains communs est également défendue.

Les mêmes dispositifs doivent être prévus dans les toilettes (tant pour les clients que pour le personnel).

S’il n’y a pas de lavabo spécifique pour le lavage des mains dans les cuisines, il faut en prévoir un. Une solution provisoire consiste à aménager un évier en lavabo qui sera exclusivement utilisé pour l’hygiène des mains.

Appareils

La directive CE sur les machines (89/392/CEE) stipule que les nouvelles machines servant à la préparation et à la transformation des denrées alimentaires doivent être conçues et réalisées de manière à éviter tout risque de contamination. Les nouvelles machines qui satisfont à cette directive doivent porter le label de conformité CE (Conformité européenne).

Les appareils doivent répondre aux critères ci-dessous :

Pour les nouveaux appareils, le label de conformité CE est requis,
Fabriqués dans un matériau facile à nettoyer et à désinfecter,
La conception et la construction doivent permettre un nettoyage et une désinfection simples et rigoureux : différentes parties faciles à démonter, pas d’angles ni de bords coupants ou inaccessibles, …
Fonctionnement doit être impeccable et efficace,
Pour les appareils de cuisson et de production de froid : atteindre les températures réglées,
Les matériels de refroidissement et réchauffage et conservation doivent avoir un isolement suffisant permettant un maintien de la température à court des produits lors de l’ouverture des portes ou du retrait temporaire de la source de chaleur ou de froid,
L’ensemble du matériel doit être capable de traiter les volumes fabriqués dans l’établissement

De plus, l’établissement devra contrôler l’engagement du fournisseur sur l’aptitude du matériel à répondre aux exigences spécifiées.

Pour faciliter le nettoyage les appareils sont posés directement sur le sol ou respectent une surélévation libre d’au moins 15 cm ou encore sont mobiles. De même, les appareils sont scellés au mur ou respectent un espace d’au moins 20 cm entre l’appareil et le mur ou entre chaque appareil afin de pouvoir nettoyer efficacement entre et derrière les appareils.

En cas d’écart par rapport aux exigences fixées pour les appareils, les mesures à prendre dépendent de leur état. Les mesures provisoires permettant d’éviter la contamination des aliments consistent à :

Accorder plus de soin et plus de temps au nettoyage.

Modifier l’organisation de la préparation des plats.

Appareils de distribution

En cas de buffet, il faut prévoir les appareils nécessaires pour maintenir les plats froids et chauds à la bonne température, tels que bains-marie qui permettent de garder les plats chauds à une température supérieure à 65°C et réfrigérateurs/comptoirs frigorifiques pour les plats froids.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le vecteur énergétique

Une cuisine professionnelle est obligatoirement électrique pour une partie de ces équipements :

la conservation par le froid,
la ventilation,
l’éclairage.

Le choix d’une seconde énergie se pose au niveau de la cuisson (et de la laverie). Ce choix se fait en fonction de plusieurs critères :

La disponibilité

La vapeur

Certaines institutions disposent déjà d’un circuit vapeur basse pression (0,3 bar par exemple) pour une ancienne cuisine ou haute pression (3 bar par exemple) pour le chauffage. Malgré l’attrait énergétique de la vapeur, elle est de moins en moins utilisée.

Le gaz

Dans certaines parties de la région wallonne, le gaz de ville n’est pas distribué. Dans ce cas, il est possible d’utiliser les gaz de pétrole liquéfié (propane et butane), mais ce gaz revient plus cher que le gaz de ville et présentent des dangers de par sa manutention.

D’autre part, le gaz peut être disponible (à la rue) mais pas distribué dans le bâtiment. Il faut alors prévoir des coûts d’installation supplémentaires pour les conduites, le compteur et le détendeur.

L’électricité

L’électricité est toujours disponible, mais dans certains cas, la puissance disponible n’est pas suffisante au réaménagement de la cuisine. Dans ce cas, l’utilisation du gaz ou de la vapeur, si ces énergies sont disponibles, permet d’éviter le remplacement du transformateur.

Les coûts d’utilisation et les coûts d’investissement

Le coût global sur la durée de vie des appareils comporte les composantes suivantes :

les coûts d’investissement des appareils,
les coûts d’installation,
les coûts énergétiques,
les coûts d’entretien.

Ces différentes composantes sont variables selon que les appareils fonctionnent à l’électricité ou au gaz :

Les coûts d’investissement des appareils

Les appareils au gaz sont en général de 10 à 15 % plus chers que les appareils à l’électricité.

Les coûts d’installation

Ils sont plus importants pour les installations au gaz que pour celles à l’électricité.

En effet, les réglementations à respecter sont relativement lourdes.

Les installations aux gaz doivent respecter la norme NBN D51-003 relative aux « Installations alimentées en gaz combustible plus léger que l’air distribué par canalisation », ainsi que le cahier des charges de l’ARGB sur l’aération des grandes cuisines équipées d’appareils au gaz naturel.

Remarque : pour les gaz de pétrole liquéfié (les LPG), il n’y a pas d’équivalent normatif à la NBN D51-003. En l’absence de norme, il faut se référer, pour les règles de bonnes pratiques, au guide édité par FEBUPRO (la FEdération du BUtane et du PROpane) pour l’installateur et le revendeur de LPG.

Le dossier technique sur les installations alimentées en gaz combustible plus léger que l’air, distribué par canalisations de l’ARGB dit : « Lorsque l’évacuation de l’air du local est assuré par une ventilation mécanique (par exemple par la hotte de cuisine), les dispositions sont prises afin d’empêcher que la dépression créée dans le local ne perturbe le fonctionnement correct d’un appareil (ou des appareils) installé(s) dans ce local… » Or, les règles de bonne pratique veulent que les débits à introduire égalent 90 % des débits extraits de manière à maintenir une légère dépression dans les locaux où l’air est extrait pour empêcher la propagation des polluants vers les autres locaux.

Les appareils de cuisson au gaz dans les cuisines collectives sont, en général, pourvus d’une sortie pour les gaz brûlés (= appareils de type B). Ainsi, pour respecter la réglementation ci-dessus, cette sortie doit être raccordée à un conduit d’évacuation menant à une cheminée qui mène les gaz jusqu’à l’extérieur du bâtiment via un extracteur.

Remarque : on rencontre beaucoup de cuisines où cette réglementation n’est pas respectée. Les coûts de l’installation au gaz deviennent trop importants et la cuisine au gaz ne peut plus rivaliser avec la cuisine électrique…, disent les personnes qui ne respectent pas cette réglementation…!

Il existe encore d’autres réglementations à respecter (ex. : détection de fuite de gaz reliée à une alarme, ouverture de la vanne gaz liée au fonctionnement de la hotte (France), … ) que nous n’avons pas pu toutes répertorier ici.

Les coûts énergétiques

Les coûts liés à l’énergie dépendent du rendement des appareils et du coût du kWh.

Le rendement des appareils au gaz est en pleine évolution. Actuellement pour certains nouveaux équipements, le rendement des appareils au gaz est quasi équivalent à celui des appareils électriques.

Quant au coût de l’énergie, le coût du kWh électrique est en général plus élevé que celui du gaz. Mais ça n’est pas toujours le cas : heures creuses (liaison froide), cogénération, … Le coût du kWh est donc à calculer en fonction de votre situation.

Cogénération

Si vous voulez en savoir plus sur la cogénération, cliquez ici !

Le coût du kWh gaz varie également en fonction des consommations et du temps. À titre indicatif, en février 2001, 1 m³ de gaz valait 0,3 à 0,325 € pour le tarif ND3. (1 m³ de gaz équivaut à environ 10 kWh).

Les coûts d’entretien

Les appareils au gaz demandent un entretien plus important que les appareils à l’électricité. Cependant, il semblerait que certains grossistes proposent des contrats d’entretien après vente qui ne sont pas plus chers pour les appareils au gaz que pour les appareils électriques.

La comparaison des coûts de revient entre une installation au gaz ou à l’électricité se fait donc en comparant les différents coûts ci-dessus en fonction de ses propres tarifs et des devis remis par les grossistes, les installateurs et les firmes de maintenance des appareils.

Quant aux appareils à la vapeur, nous n’avons pas de détails quant aux différentes composantes du coût. Mais l’utilisation de la vapeur pour les appareils de cuisine (marmites, lave-vaisselle, etc.) n’est apparemment intéressante que si l’on dispose déjà d’une installation de vapeur.

Il faut, dans ce cas, veiller à ce que l’installation soit en bon état. En effet, ces installations sont souvent âgées et présentent des fuites.

Le besoin de garder une cuisine fonctionnelle même en cas de panne électrique

Si la cuisine doit être fonctionnelle même en cas de panne de courant (ce qui est très rare) et que l’on ne dispose pas d’un groupe de sécurité, on choisira le gaz, pour une partie au moins, des appareils.

Dans ce cas, il faudra veiller à ce que les sécurités présentes sur les appareils soient mécaniques (elles sont souvent électriques).

Les goûts et habitudes du chef-coq

Certains chefs coq préfèrent cuisiner au gaz plutôt qu’à l’électricité …

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Statistiques de consommation de la production en eau chaude sanitaire

Consommation d’un accumulateur (boiler) électrique

Boilers électriques où l’eau est réchauffée de 10°C à 85°C

–	100 l	150 l	200 l
Valeur de branchement Valeur de branchement spécifique Temps de réchauffage jusque 85°C Consommation pour remise à température Perte à l’arrêt Perte à l’arrêt	1,5 kW 15 W/l 6,25 h 9,4 kWh 49 W 3,3 %	2,5 kW 17 W/l 5,5 h 13,8 kWh 64,6 W 2,6 %	2,5 kW 13 W/l 7,5 h 18,6 kWh 85,2 W 3,4%

Source : Daalderop – Novem -1993.

Données pour boiler de 100 l (branchement en continu, température de l’eau 85°C)

Consommation d’eau du robinet (m³/a)	Consommation électrique (kWh/a)	Perte à l’arrêt (kWh/a)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 110 120 130 140	429 1 339 2 248 3 157 4 067 4 976 5 885 6 795 7 704 8 614 9 523 10 432 11 342 12 251 13 160	429 399 368 337 307 276 245 215 184 154 123 92 62 31 0

Source : Novem – 1993.

Données pour boiler de 150 l (branchement en continu, température de l’eau 85°C)

Consommation d’eau du robinet (m³/a)	Consommation électrique (kWh/a)	Perte à l’arrêt (kWh/a)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 239	566 1 462 2 359 3 255 4 151 5 047 5 944 6 840 7 736 8 633 9 529 11 322 13 114 14 907 16 700 18 492 20 285 21 980	566 542 519 495 471 447 424 400 376 353 329 282 234 187 140 92 45 0

Source : Novem – 1993.

Données pour boiler de 200 l (branchement en continu, température de l’eau 85°C)

Consommation d’eau du robinet (m³/a)	Consommation électrique (kWh/a)	Perte à l’arrêt (kWh/a)
0 10 20 30 40 50 60 70 80 90 100 120 140 160 180 200 220 234	746 1 644 2 542 3 441 4 339 5 237 6 135 7 033 7 931 8 829 9 727 11 523 13 319 15 115 16 911 18 707 20 503 21 725	746 714 682 651 619 587 555 523 491 459 427 363 299 235 171 107 43 0

Source : Novem – 1993.

Exemple d’application des tableaux

Dans un immeuble de bureaux, un robinet d’eau chaude est alimenté par un boiler électrique d’une contenance de 100 litres. Trente personnes travaillent dans ce bureau.

Questions

Quelle est la consommation électrique annuelle de ce boiler ?
Quelle est l’économie maximale réalisable en dotant le boiler d’une minuterie ?

Solution

Suivant le tableau des consommations électriques, la consommation d’eau chaude du robinet est estimée à 25 litres à 45°C par personne et par jour. Prenant en compte une période de 250 jours de travail par an, la consommation du robinet se monte à :

Q = 250 x 30 x 25 / 1 000 = 187,5 m³/a pour 45°C

Le boiler délivre toutefois de l’eau à 85°C. L’eau de 45°C est obtenue par mélange avec une certaine quantité d’eau à 10°C. La quantité d’eau à 85°C qui est délivrée par le boiler est calculée comme suit :

Q = 187,5 x {(45 – 10) / (85 – 10)} = 87,5 m³/a

Le tableau concernant le boiler de 100 litres nous indique que : la consommation électrique atteint environ 8 600 kWh/an.

Une économie de 154 kWh/an maximum peut être réalisée en arrêtant le boiler lorsque la production d’eau chaude n’est pas nécessaire.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le pare-vapeur pour la toiture à versants

Lattes
Contre-lattes
Sous-toiture
Isolant
Charpente
Pare-vapeur
Finition du plafond

Pourquoi faut-il un pare-vapeur ?

À l’intérieur des locaux, il y a toujours production de vapeur (par les occupants, par les plantes, par le nettoyage, etc.). La pression partielle de vapeur intérieure est donc toujours supérieure à celle présente à l’extérieur. Ainsi la vapeur d’eau va migrer vers l’extérieur au travers de la toiture.

Vu que la résistance à le diffusion de vapeur de certains isolants (laines minérales, par exemple) est très faible par rapport à celle de la sous-toiture, la pression de vapeur du côté inférieur de celle-ci est quasi identique à la pression de vapeur intérieure; elle est donc relativement élevée. Or, après avoir traversé l’isolant, cette vapeur d’eau va rencontrer une paroi froide. Il y a donc un grand risque de condensation interne d’abord sur la face inférieure de la sous-toiture, et ensuite dans l’isolant.

Schéma sur le principe de condensation interne.

Le pare-vapeur, placé du côté intérieur de l’isolant, va, grâce à sa grande résistance à la diffusion de vapeur, diminuer la pression de vapeur du côté froid de l’isolant. Ainsi l’air en contact avec la paroi froide que constitue la sous-toiture est déjà fortement déchargé de sa charge de vapeur. Il n’y a plus de risque de condensation.

Exemple.

Sans pare-vapeur :

Avec pare-vapeur :

P.S. : les diagrammes ne tiennent pas compte de la couche d’air (peu influente) en dessous des tuiles.

calculs

Si vous voulez vous-même évaluer la présence de condensation interne dans une toiture, cliquez ici !

Faut-il toujours un pare-vapeur ?

Non, pas toujours, car :

Le choix d’une une isolation thermique réalisée avec des mousses synthétiques ou du verre cellulaire, avec injection de mousse polyuréthane dans les joints ne nécessite pas toujours l’utilisation d’un pare-vapeur. Ces matériaux ont en effet un coefficient de résistance à la diffusion de vapeur(µ) qui peut être plus élevé que celui de la sous-toiture.
Par contre, le risque de condensation interne par transport de vapeur contenue dans l’air qui pourrait traverser la paroi est bien plus important que le risque de condensation interne par diffusion de vapeur. Il faut donc, en priorité, stopper le passage d’air au moyen d’un matériau résistant au passage de l’air et bien fermer les joints. Ce rôle est souvent rempli par la finition intérieure. Dans certaines configurations (fonction du type de couverture, de sous-toiture, de classe de climat intérieur), cet écran d’étanchéité à l’air suffit à éviter toute condensation interne.

Schéma sur le principe de condensation.

La vapeur qui passe par un joint non rebouché
entre 2 plaques de gyproc est … 100 … 1 000 fois plus importante
que la vapeur qui traverse la plaque elle-même.

Il est donc toujours intéressant de prévoir un écran étanche à l’air.

Si le passage de canalisation est nécessaire, celles-ci passeront dans un vide technique aménagé entre un écran étanche à l’air et la finition intérieure.

Quel pare-vapeur choisir ?

Classe du pare-vapeur

Le choix de la classe du pare-vapeur se fait en fonction :

du type d’isolant (plus ou moins perméable à la vapeur),
du type de sous-toiture,
du matériau de couverture,
du climat intérieur des locaux.

Lorsque l’isolant offre une résistance suffisante à la diffusion de vapeur, le pare-vapeur n’est pas nécessaire à condition que les joints soient étanches à l’air.

Lorsqu’on utilise un isolant perméable à la vapeur (laines minérales) ou des isolants étanches à l’air, sans être certain de la qualité des joints, on applique les prescriptions du tableau ci-dessous.

Sous-toiture	Classe de climat intérieur	Tuiles			Ardoises		Bardeaux bitumés sur voliges	Tôles ondulées
Sous-toiture	Classe de climat intérieur	Terre cuite	Béton	Métal	Naturelles	Synthétiques	Bardeaux bitumés sur voliges	Tôles ondulées
Aucune	I	–	–	–	–	–	/	–
Aucune	II, III	–	E1	E1	E1	–	/	–
Capillaire	I	–	–	–	–	–	/	–
Capillaire	II, III	–	–	–	–	–	/	–
Non capillaire en bandes	I	–	–	–	–	–	/	–
Non capillaire en bandes	II, III	E1	E1	E1	E1	E1	/	E1
Non caplillaire continue	I	–	–	–	–	–	–	–
Non caplillaire continue	II, III	E2	E2	E2	E2	E2	E2	E2
Eléments de toiture isolants*	I	–	–	–	–	–	–	–
Eléments de toiture isolants*	II, III	E1	E1	E1	E1	E1	E2	E1
	IV	A examiner au cas par cas. Il importe cependant d’assurer une étanchéité à l’air parfaite. La pose d’un support et d’un E3 sur les chevrons est généralement nécessaire. Une isolation sous les chevrons laissant un vide entre l’isolant et la sous-toiture ne convient pas.

(/) : non applicable.
(-) : un écran d’étanchéité à l’air suffit
(*) : la qualité de l’écran pare-vapeur des éléments préfabriqués de toiture est normalement de niveau E1 ou supérieure.

Source : Toitures en tuiles plates – Conception et mise en œuvre – NIT 186 du CSCT – Décembre 1992 – tableau 17 pg. 60.

Forme

Le pare-vapeur peut être :

intégrés aux panneaux préfabriqués,
incorporé à la finition,
fixé aux laines minérales,
indépendant.

Conseils de mise en œuvre

> Le pare-vapeur doit être placé sur toute la surface de la toiture sans oublier les éventuelles parties verticales, ossature-bois et lucarnes.

> Il faut bien fermer les joints entre les plaques, les panneaux ou les feuilles souples (selon le cas).

Dans le cas de plaques de finition avec pare-vapeur intégré, la fermeture des joints est assurée par :1. l’injection d’un silicone,
2. la pose d’un enduit de finition.
1. Panne.
2. Pare-vapeur.
3. Chevrons.
4. Finition en plâtre.
5. Fermeture du pare-vapeur avec une injection de silicone.
6. Fermeture du joint entre panneaux avec un enduit de finition.

Remarque : les joints entre les plaques de finition et les pannes sont réalisés de la même manière.

Dans le cas d’une laine minérale munie d’un pare-vapeur, la pose de celui-ci se fait en même temps que celle de l’isolant.
Dans le cas d’un pare-vapeur posé indépendamment sous l’isolant, celui-ci est d’abord agrafé sur la partie inférieure des chevrons, des fermes ou des contre-chevrons.Entre deux lés, on prévoit un recouvrement de 50 mm minimum rendu étanche à l’air et la vapeur au moyen d’un ruban adhésif simple ou double face ou d’une latte de serrage.


Ruban adhésif.	Latte de serrage.

Les joints d’un pare-vapeur en matériau bitumineux sont collés ou soudés.

> Il faut soigner les raccords du pare-vapeur avec la maçonnerie, la charpente et les châssis :

soit en comprimant le pare-vapeur entre un joint souple et une latte, le tout cloué ou vissé;
soit au moyen d’un ruban adhésif double face adhérant parfaitement au bois et à la maçonnerie;
soit au moyen d’un joint de silicone (uniquement entre pare-vapeur et charpente). Ce joint sera éventuellement caché par la finition.

Joint silicone.

Panne.
Chevron.
Pare-vapeur.
Contre-latte.
Sous-toiture.
Latte.
Couverture.
Joint-colle.

Joint souple + latte fixée.

Pare-vapeur.
Latte.
Joint souple.

> Il faut veiller à ne pas perforer le pare-vapeur :

Les canalisations (eau, électricité, …) sont, si nécessaire, logées dans un vide technique obtenu, par exemple, par la pose d’un lattage entre le pare-vapeur et la finition intérieure. La création de ce vide permet, en plus, le cas échéant, de rectifier la planéité de la finition. Celle-ci est couramment réalisée à l’aide de matériaux plans assez rigides : planches rainurées languettées (bois, MDF, PVC…), panneaux bois, plaques de plâtre (rejointoyées ou enduites).

Finition du plafond.
VIDE TECHNIQUE.
Lattes.
Pare-vapeur.
Isolants.
Isolants.
Contre-lattes.
Lattes.
Couverture.

Le pare-vapeur doit rester continu derrière les éléments encastrés dans la finition (spots, prises de courant, interrupteurs, points d’arrivée d’eau, …).
Pour les spots, la chaleur produite peut dégrader les matières sensibles tels que les mousses synthétiques, les feuilles de polyéthylène (PE), … et provoquer des incendies. Il faut donc soit choisir des matériaux pouvant résister à ces températures, soit les protéger en interposant un écran adéquat.

> Si l’on superpose deux couches d’isolant, il ne peut y avoir de pare-vapeur entre les deux couches.

Première couche d’isolant.
Deuxième couche d’isolant.
Pare-vapeur.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’implantation de la zone froide [Concevoir – Froid alimentaire]

Une part de l’énergie frigorifique va servir à refroidir (et donc assécher) l’air extérieur jusqu’à la température de consigne des meubles frigorifiques, de la chambre froide, des ateliers de boucherie, …

Cette part d’énergie peut être élevée dans l’ensemble du bilan frigorifique si cet air 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, …).

Contexte externe

L’implantation des zones « froide » dans le commerce par rapport à l’orientation du bâtiment est primordiale dans le sens où on peut maîtriser l’impact des apports solaires de façon plus simple. Par la même occasion, on pourra placer, dans les limites de faisabilité (autorisations urbanistiques, voisinage, …), les condenseurs côté nord. Le placement des condenseurs sous abri de préférence le long des façades nord permet de naturellement lui procurer de l’ombre.

Condenseur à l’ombre d’une façade (orientation nord).

Contexte interne

L’implantation des zones « froide » dans le commerce par rapport aux zones dites « chaudes » doit être prise en compte. L’influence directe des zones, l’une par rapport à l’autre, risque de compromettre le bilan énergétique par une destruction de l’énergie (on chauffe et on refroidit en même temps dans la même zone). Il faut donc, dans la mesure du possible, éloigner les sources chaudes des zones froides.

Confinement

Les zones non accessibles au public

Même si les zones froides sont bien positionnées par rapport à l’environnement externe et interne, il va de soi que leur confinement est impératif et permet de réduire de manière appréciable les besoins frigorifiques. L’idéal réside dans le choix d’une isolation performante des parois délimitant la zone « froide » par rapport aux autres zones de vente dites « chaudes ».

Le confinement des zones non accessibles au public peut être facilement obtenu sachant que :

la conception des parois « sandwich » est maîtrisée par les fabricants;
les accès entre les zones (réserve générale et chambre froide par exemple) peuvent être contrôlés efficacement par des portes étanches munies de joints performants et gérés par des alarmes.

Sécurité de porte de chambre frigorifique.

Si cela ne gêne pas l’utilisation, une zone tampon ou un sas avec des portes-va-et-vient peut être créé devant les portes des frigos pour disposer d’un espace qui aurait une température moyenne et une humidité relative plus basses.

Exemple.

Soit une chambre froide négative de dimensions intérieures : L = 4 m, l = 4 m, h = 3 m.
L’air intérieur a les caractéristiques suivantes : t° = -18°C, HR = 50 %.
La chambre est « sollicitée » pendant 8 h/jours. Il y a 10 interventions par heure; pendant chacune d’elle, la porte est laissée ouverte pendant 10 secondes.

L’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 35°C, HR = 90 %.

Avec une meilleure implantation, l’air extérieur a les caractéristiques suivantes : t° = 22°C, HR = 50 %.

Soit une économie de (40,5 – 13,4) = 27,1 kWh/jour.

Avec un COP global moyen de 2,5 et un prix moyen de 0,11 € du kWh, cela représente une économie de (27,1 [kWh] / 2,5) x 0,11 [€] x 260 [jours], soit 342 € par an pour une seule chambre froide.

À cela, il faut ajouter le gain d’énergie électrique pour les dégivrages (environ 6,3 kWh).

Les zones accessibles au public

Il n’en va pas de même pour les zones accessibles aux clients (comme les self-services dans les superettes, les super et hypermarchés). On tentera de minimiser les échanges de chaleur entre les zones « froides » et « chaudes » par le confinement.

Le confinement idéal des denrées alimentaires, tant au niveau thermique qu’énergétique, s’impose de lui-même :

par l’adaptation du concept de chambre frigorifique au grand public (parois isolées);
par la réduction des échanges thermiques au niveau des accès.

Il va de soi que le confinement se réalise au détriment du confort des clients.

« Quoique ? Une petite laine ne ferait-elle pas l’affaire en été »?

Meuble frigorifique ouvert.
Confinement et isolation légère (double vitrage).

Confinement et isolation importante (enceinte opaque).

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Tableau de bord, consommation de combustibles

Réaliser l’inventaire des bâtiments et des points de consommation

L’objectif :

Un tel inventaire fournit une vue d’ensemble sur le parc immobilier géré : quelle est la consommation des bâtiments et comment évolue-t-elle dans le temps ? Ceci permet :

de connaître l’importance financière de cette consommation,
de la situer par rapport aux autres bâtiments du secteur
de repérer les bâtiments les plus consommateurs et donc prioritaires en matière de rénovation,
de suivre les effets d’une politique énergétique menée et donc de justifier les investissements réalisés,
…

En pratique :

Un premier relevé établira : où sont les compteurs ? quel compteur mesure quoi ? … en associant une surface chauffée à toute consommation.

Ceci paraît élémentaire et pourtant, d’expérience, on constate que cet inventaire permet souvent de déceler des anomalies :

compteurs ouverts sans consommation,
compteurs qui, historiquement, regroupent plusieurs bâtiments ou morceaux de bâtiments,
…

Il est parfois nécessaire de couper un disjoncteur, une chaudière ou un circulateur pour mieux repérer les zones de bâtiment alimentées.

Remarque.

Idéalement, en concertation avec le service technique, un dossier complet par bâtiment pourrait être constitué, contenant des informations liées à :

L’enveloppe

plans et dimensions,
qualité thermique des parois,
année de construction,
améliorations apportées ces dernières années,
…

Aux systèmes

système de chauffage, de climatisation, de production ECS,…,
vecteurs utilisés, tarifs appliqués, unités de comptage,
régimes de fonctionnement,
schémas d’installation et de régulation,
améliorations apportées ces dernières années,
…

Aux occupants

type d’activité,
horaires d’occupation,
confort souhaité,
zonage des activités,
…

L’existence d’un tel inventaire permet une bonne organisation de la maintenance et bien souvent, elle permet déjà des améliorations simples et très rentables, du type inadéquation entre type de régulation et type d’occupation, horloges mal réglées, … Il faut imaginer également que la mémoire des installations (par où passe les tuyaux !) est souvent liée aux hommes présents lors du chantier, hommes qui ne sont pas éternels… La contrainte de devoir mettre sur papier ce que l’on sait est un fameux gain de temps pour le suivant !

Normaliser la consommation

L’objectif

« Normaliser la consommation » : c’est la rendre insensible aux conditions climatiques. En fait, on ramène la consommation à ce qu’elle aurait été « si le climat de l’année avait été celui d’une année moyenne ».

C’est une condition indispensable pour comparer la consommation d’une année à celle de l’année précédente, pour repérer une anomalie quelconque dans l’évolution des consommations : encrassement d’une chaudière, dérèglement de la régulation, …

1ère étape : relever la consommation

Idéalement, ceux-ci se font sur fiches pré-imprimées. Chaque point de comptage (compteur gaz, jauge à mazout, compteur fuel,…) porte un numéro d’identification correspondant au numéro de fiche à transmettre et au code utilisé dans le tableau de bord. Il importe que les relevés soient réalisés à dates fixes. Si un contrôle mensuel est organisé, c’est idéalement au 1er ou au 31 du mois que les relevés doivent être faits, afin de coïncider avec les données climatiques de l’IRM (à défaut, avec les dates de relevé, on pourra corriger la lecture).

Voici une fiche type pour la collecte des données.

Pour le calcul de la consommation, la formule généralement applicable est :

consommation = index d’arrivée – index de départ

Dans le cas du mazout, à défaut d’un système de comptage, on appliquera la formule suivante :

consommation = index de départ + approvisionnement éventuel – index d’arrivée.

D’autres dispositifs peuvent être mis en place pour la mesure des consommations fuel.

Quelle doit être la fréquence des mesures ?

Tout dépend de l’objectif :

S’il s’agit du simple contrôle d’un petit bâtiment, un contrôle annuel suffit. On comparera alors les années entre elles, en normalisant préalablement les consommations (c.-à-d. en les ramenant toutes à la valeur qu’elles auraient eu pour une année climatique moyenne).
S’il s’agit d’un bâtiment fort important (hôpital, par exemple), un contrôle mensuel sera nécessaire parce qu’une dérive des consommations entraîne rapidement des frais importants. Dans ce cas on appliquera la signature énergétique.
S’il s’agit de mettre au point les paramètres d’une régulation, un relevé hebdomadaire peut être temporairement nécessaire.

2ème étape : convertir les relevés en valeurs standards

Pour comparer des 10 000 m³ de gaz et 20 000 litres de fuel, il est utile de les convertir en une unité commune d’énergie : le Kilo-Watt-heure (kWh).

Cette étape n’est pas obligatoire: il est parfois plus explicite de dire « notre école consomme 60 litres de mazout/m²/an pour les besoins de chauffage, soit 30 Euros/m²/an », que « notre école consomme 600 kWh/m²/an … » !.

« Convertir » = multiplier la consommation en unités physiques par la valeur du PCI, Pouvoir Calorifique Inférieur du combustible. Voici des valeurs moyennes indicatives (elles varient très légèrement en permanence) :

		Facteur conversion ou PCI du combustible
Vecteur	Unité	en MJ	en kWh
Gaz naturel pauvre	m³	32,97	9,16
Électricité	kWh	3,6	1
Gaz butane	kg	45,56	12,66
Gaz naturel riche (distribué en Wallonie)	m³	36,43	10,12
Houille	kg	29,3	8,14
Anthracite 10/20	kg	31,4	8,72
Coke	kg	28,5	7,92
Propane	L	23,72	6,59
Gasoil chauffage	L	35,87	9,95
Fuel léger	L	36,37	10,10
Fuel moyen	L	37,68	10,47
Fuel lourd	L	38,16	10,60
Fuel extra lourd	L	38,58	10,72

Formule :	consommation en unité lue x fact. conversion = consommation en kWh
Exemple :	1 000 kg gaz butane x 12,66 kWh/kg = 12 660 KWh
Remarques :	Physiquement, 1 kWh c’est la consommation d’une lampe de 100 W durant 10 heures ! C’est aussi l’équivalent de 3,6 MJ (MégaJoules) mais c’est plus difficile à se représenter … A retenir en première approximation : 1 m³ de gaz = 1 litre de mazout = 10 kWh. Attention, le distributeur de gaz annonce en général le PCS, Pouvoir Calorifique Supérieur, sur sa facture.

3ème étape : normaliser les consommations

Pour évaluer la rigueur du climat, on utilise une mesure : le nombre de degrés-jours (DJ). Plus il fait froid, plus le nombre de degrés-jours est élevé.

La valeur moyenne des Degrés Jours pour un lieu (établie sur les 30 dernières années) est appelée « Degrés-Jours Normaux ».

Connaissant les Degrés-Jours Normaux de la région, et le nombre de Degrés-Jours de l’année écoulée, on peut ramener la consommation d’un bâtiment à la valeur qu’elle aurait eu pour une année moyenne, … par une simple règle de trois !

Consommation normalisée =

(consommation observée x DJ Normaux du lieu) / DJ du lieu de la période d’observation

Théories

Afin de tout connaître sur le principe des Degrés-jours, n’hésitez pas à parcourir cette page.

Exemple.
Consommation 2003 : 30 000 litres.
DJ de l’année 2003 à Houtsiplou : 2 560 DJ.
DJ d’une année moyenne à Houtsiplou : 2 300 DJ (DJ Normaux du lieu). Consommation normalisée : 30 000 x 2 300 / 2 560 = 26 953 litres.Autrement dit, l’année ayant été 10 % plus froide que la normale, la consommation normalisée (= ramenée à une année normale) est 10 % plus faible.

Établir les ratios de consommations

Ensuite, il est possible d’en tirer les ratios énergétiques :

Relever le coût total des consommations de combustibles :	C	€ / an
Relever le total annuel des kWh consommés :	Q	kWh / an
Déterminer la surface de référence des locaux : (il s’agit de la surface brute de plancher, mesurée par l’extérieur des murs, cage d’escalier et couloir compris. Si la surface nette du plancher est connue, on peut la majorer de 10 %. Les chaufferies et garages sont exclus du calcul).	S	m²

ratio financier :	C / S	[€ / m² x an]
ratio de consommation :	Q / S	[kWh / m² x an]

Remarque :

Suivant le secteur d’activité, il peut être intéressant d’établir les ratios par unité représentative de l’activité : consommation par occupant, par élève, par lit, par repas, …

Réaliser le suivi des consommations

Pour pouvoir comparer les consommations d’une année à l’autre, il est possible de dresser les graphiques d’évolution sur tableur : on pourra y détecter des dérives de consommation.

On peut aussi calculer les consommations spécifiques (kWh/m², kWh/élève, kWh/lit,…) et les comparer aux valeurs moyennes du secteur.

Évaluer

Pour comparer les consommations du bâtiment à celles des autres bâtiments du secteur.

Tout dernièrement, sur l’impulsion de la Région wallonne, les Facilitateurs URE de Wallonie ont crée un modèle de cadastre énergétique mis a disposition en ligne pour les communes et institutions désireuses de suivre et gérer leur consommations.

Calculs

Pour accéder à différents outils de cadastre énergétique.

Études de cas

Si vous souhaitez parcourir la mise en place d’une comptabilité énergétique au Collège du Sacré Cœur.

Un tableur pour accompagner un projet de sensibilisation dans un bâtiment tertiaire !

Des projets de sensibilisation voient le jour actuellement avec un retour partiel vers les occupants des économies générées.

Ainsi, avec les économies d’énergie, le collège Saint Louis de Liège a décidé d’engager un peintre, chômeur de longue durée, pour rafraîchir couloirs et classes. Les élèves sont aujourd’hui conscients que son emploi est lié à leur motivation, jour après jour… Pour plus d’infos sur ce projet.

Autre projet : une commune bruxelloise a décidé de motiver ses écoles en redistribuant pour partie les économies d’électricité, de chauffage et d’eau réalisées : 1/3 pour l’école (avec totale liberté d’affectation), 1/3 pour l’école (avec affectation dans des outils économiseurs du type ferme-porte automatique, vannes thermostatiques, …) et 1/3 pour la commune.

Un fichier Excel spécifique a été établi pour le suivi des consommations, avec un diagramme comparant chaque mois la consommation à celle de l’année précédente. La comparaison en chauffage ne pouvait se faire qu’après normalisation des consommations.

Un diagramme similaire est établi pour les consommations électriques.

Si vous souhaitez accéder au fichier Excel établi dans ce cadre (xls compressé).

Si vous souhaitez visionner une application de ce logiciel pour un bâtiment particulier (xls compressé).

Si vous souhaitez parcourir le mode d’emploi de ce logiciel. (PDF)

Si vous recherchez des informations complémentaires à propos de ce logiciel, n’hésitez pas à contacter J. Claessens de la cellule Architecture et Climat (jacques.claessens@uclouvain.be).

Informer et puis agir !

Informer les services techniques et responsables des bâtiments

Qui connaît la consommation du bâtiment dans lequel il travaille ? Comment s’étonner alors qu’il soit si peu motivé à éteindre la lumière…?

Pire : quel est le technicien d’entretien qui connaît l’évolution de la consommation de son bâtiment ses dernières années ? C’est un outil de base pour le motiver à agir. C’est une photographie de la qualité de son travail !

Il est donc très utile que le service comptable diffuse ces informations. Idéalement, il pourrait en informer le service technique dès qu’il perçoit une dérive de consommation.

Aller plus loin ?

Evaluer	Pour comprendre et analyser les paramètres de la facture électrique.
Gérer	Pour définir le(s) bâtiment(s) prioritaire(s).
Evaluer	Pour comparer le bâtiment aux autres bâtiments du secteur.
Evaluer	Pour repérer les mesures les plus rentables.

Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Rentabilité de l’isolation d’une paroi

Attention !
L’évaluation ci-dessous est applicable à d’anciens bâtiments non climatisés. Elle n’est pas valable pour des bâtiments neufs bien isolés et climatisés.

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme de calcul qui effectue les calculs ci-dessous.

Évaluation de l’économie énergétique annuelle engendrée par l’isolation d’une paroi en contact avec l’extérieur

Principe de base

On détermine une température moyenne intérieure et une température moyenne extérieure pour la saison de chauffe.

La quantité de chaleur traversant 1 m² de paroi donnée est alors estimée avant et après isolation.

L’économie d’énergie annuelle par unité de surface de déperdition est la différence entre les 2 pertes de chaleur durant la saison de chauffe.

Économie d’énergie annuelle

L’économie d’énergie annuelle =
((ΔU x S x ΔTm) / η) x durée de chauffe

Avec :

Δ_U = la différence entre le coefficient de transmission thermique de la paroi avant et après isolation de celle-ci [W/m²xK]avec,

S = la surface de la paroi; elle est fixée à 1 m²
Tm = T_{int. moy.}– T_{ext. moy.}= écart entre les températures moyennes intérieures et extérieures
η = rendement global de l’installation de chauffage

Détaillons quelques paramètres :

Le coefficient de transmission thermique de la paroi

Les valeurs des coefficients de transmission thermiques ont été calculées pour certaines parois types. Elles ont été calculées de manière plus complète dans l’ouvrage : « Parois courantes : catalogue de coefficients k’ de la Région wallonne » – Aménagement du territoire, Logement, Patrimoine et Énergie (DGO4).

La température intérieure moyenne du bâtiment (T_int_^moy.)

T_{int. moy. =}Température moyenne des locaux en journée – réduction pour les coupures de nuit et de week-end – réduction pour les apports gratuits.

Les valeurs que l’on peut considérer pour les coupures
(nuits, W.E., congés scolaires) sont données dans le tableau suivant :

Type de bâtiment :	Réduction (°C)
Hôpitaux, homes, maisons de soins	0°C
Immeuble d’habitation avec réduction nocturne	1,5°C
Bâtiment administratif, bureaux	3°C
École avec cours du soir	4,5°C
École sans cours du soir et de faible inertie	6°C

La réduction pour les apports gratuits (équipements internes, personnes, soleil, …) est estimée en moyenne entre 2 et 3°C.

Cette réduction doit être adaptée en fonction des caractéristiques physiques du bâtiment : elle doit être augmentée si l’inertie et l’isolation sont fortes, si les apports internes sont grands (ordinateur, éclairage, occupation, …) et diminuée si le bâtiment est peu vitré, par exemple.

La température extérieure moyenne (T_{ext. moy.})

C’est la température extérieure moyenne, durant la saison de chauffe. Le tableau ci-dessous donne sa valeur équivalente entre le 15 septembre et le 15 mai pour quelques endroits de notre région :

Région	T_{ext. moy.}
Uccle	6,5°C
Hastière	5,5°C
Libramont	3,5°C
Mons	6°C
Saint Vith	2,7°C

La durée de chauffe

La durée de la saison de chauffe peut être uniformisée du 15 septembre au 15 mai, soit 242 jours, soit 5 800 heures. Les températures extérieures moyennes ci-dessus sont calculées fictivement en considérant que la saison de chauffe est partout de 242 jours.

Tout se passe donc comme si…

Tout se passe donc comme si durant 242 jours la température de Uccle est de 6,5°C; que la température intérieure d’un bureau (maintenu à 20°C durant la journée) est en permanence de 14°C (20°C – 3°C – 3°C). La différence de température est donc de (14°C – 6,5°C), soit 7,5°C.

Rendement global de l’installation de chauffage

La notion de rendement global d’une installation de chauffage traduit son efficacité énergétique.

Le rendement représente le pourcentage d’énergie consommée qui est réellement utile au confort des occupants, le complément de consommation servant à compenser les pertes au niveau de la production, de la distribution, de l’émission et de la régulation.

Des ordres de grandeur de ce rendement peuvent être donnés en fonction du type de chaudière et de l’installation ainsi que de sa régulation.

Exemple.

Un m² de mur de briques pleines de 29 cm (U = 2,3 W/m² K) constitue la paroi d’un local de bureau chauffé à 20°C à Uccle. Le mur est isolé avec 6 cm de laine minérale (U = 0,5 W/m² K). Le rendement global de l’installation de chauffage est évalué à 70 %.

L’économie d’énergie annuelle

= (ΔU x S x ΔTm x durée de chauffe) / 0,7

= [(2,3 – 0,5) x 1 x [(20 – 3 – 3) – 6,5)] x 5 800 h] / 0,7

= (1,8 x 7,5 x 5 800) / 0,7

= 111 857 Wh

= 112 kWh

Sachant qu’1 m³ de gaz équivaut énergétiquement à 1 litre de mazout et à 10 kWh,

L’économie d’énergie annuelle par m²

= 11,2 litres de mazout ou 11,2 m³ de gaz.

Évaluation de la rentabilité d’une isolation de paroi en contact avec l’extérieur

Pour évaluer la rentabilité financière de l’isolation d’une paroi, on met en balance, d’une part le gain annuel financier provenant des économies d’énergie suite à l’isolation, d’autre part, le coût de revient de cette amélioration. Ce calcul est simplifié : il ne tient pas compte du manque à gagner de l’argent dépensé pour payer la rénovation qui aurait pu être placé en banque.

Exemple : évaluation de la rentabilité de l’isolation du mur de l’exemple

ci-dessus.

Lorsqu’on isole 1 m² de mur, l’économie annuelle est de 11,2 litres de gasoil. Avec un prix du gasoil de 0,8 € par litre, l’économie financière annuelle est de 9 €.

Si l’on estime le coût d’une isolation de mur par l’extérieur à 62 à 75 € par m², le temps de retour est de 7 à 8 ans.

La rentabilité peut être améliorée par des subventions.
Elle est augmentée largement si le bâtiment est situé en Ardenne (T_{ext. moy.}plus basse) ou si le chauffage est plus continu (cas des hôpitaux, des piscines, des homes où la tint_moy. est plus élevée).

Indépendamment des aspects budgétaires, le confort thermique sera amélioré dans les locaux, du point de vue environnemental, les rejets de gaz polluants seront diminués… ce qui ne se chiffre pas financièrement…!

Calculs

Si vous voulez accéder à un programme de calcul qui effectue les calculs ci-dessus pour votre propre situation.

Chauffage		Electricité
Type de bâtiment	Consommation (kWh/m² x an)	Type de bâtiment	Consommation (kWh/m² x an)
Bâtiment ancien	100 à 220	Sans climatisation	35 à 100
Bâtiment récent	70 à 150	Avec climatisation	100 à 160

Type de bâtiment	Petit bâtiment non climatisé sauf localement	Grand bâtiment Bâtiment climatisé
Refroidissement	de 0 à 2 %	de 9 à 13 %
Ventilateurs et pompes	de 9 à 11 %	de 16 à 26 %
Humidification	–	de 8 à 10 %
Eclairage	de 37 à 43 %	de 20 à 25 %
Equipement bureautique et informatique	de 31 à 37 %	de 23 à 33 %
Cuisine	de 4 à 6 %	de 3 à 5 %
Autre	de 7 à 12 %	de 4 à 6 %

Énergie électrique	110 kWh/m²/an
Énergie thermique	220 kwh/m²/an

Auteur/autrice : Energie-Plus

Les critères thermiques

Température d’évaporation la plus haute possible.

Température de condensation la plus basse possible.

Les critères de choix énergétique

Le coefficient de performance COP

Le taux de compression HP/BP

Les compresseurs à vis et scroll

Les compresseurs à pistons

Le rendement volumétrique

Les compresseurs à vis

Les compresseurs à pistons

Vue globale

Choix du type de compresseur

Mode de compression

Les compresseurs volumétriques

Le compresseur centrifuge

Association moteur-compresseur

Le compresseur ouvert

Le compresseur hermétique

Le compresseur semi-hermétique

Comment choisir ?

Machines tournantes ?

Machines alternatives ?

En matière d’environnement

Suralimentation des compresseurs à vis

Le dimensionnement du compresseur

Dimensionnement classique du compresseur

Généralités

Froid négatif

Le choix de la régulation de puissance du compresseur

La variation de la puissance du compresseur

Cascade de plusieurs compresseurs

La variation de vitesse du compresseur

La mise à l’arrêt de cylindres

L’obturation de l’orifice d’aspiration

L’injection des gaz chauds

Tableau synthèse de sélection

Les critères acoustiques

En local technique

En terrasse

Le choix de l’alimentation en « noyé » des évaporateurs

Organiser une ventilation permanente des bâtiments

Privilégier la ventilation mécanique ?

Surdimensionner (pour une fois !) les conduits d’air

Réguler en fonction des besoins réels

Sélectionner des bouches fonctionnant à basse température

Comment fonctionne une lampe au sodium haute pression ?

Particularités

Types et caractéristiques générales

Dimming

Point de fonctionnement et rendement

Lorsqu’une installation de ventilation est gérée en fonction de la demande

Aubes recourbées vers l’avant ou vers l’arrière ?

1er critère : le rendement

2ème critère : l’allure de la courbe caractéristique

Dans les réseaux à débit constant

Dans les réseaux à débit variable

Mode d’entraînement du ventilateur

Rendement global

Transmission

Moteur

Intégration du ventilateur dans le réseau

Sortie du ventilateur

Aspiration du ventilateur

Acoustique

Comment connaître le bruit que fera le ventilateur ?

Le bruit du ventilateur, un critère de choix important ?

Un niveau sonore lié à la hauteur manométrique

Choisir un ventilateur à haut rendement et basse vitesse

Bien choisir l’implantation du local technique ou de l’extracteur

Local technique

Portes d’entrée et d’accès pour le matériel

Conduits

Garage collectif

Extracteur extérieur

Couper la transmission du bruit vers les supports

Encombrement

Les Facultés

Sensibilisation des occupants

1^er critère : le rendement

2^ème critère : l’allure de la courbe caractéristique