Energie Plus Le Site

Outil d'aide à la décision en efficacité énergétique des bâtiments du secteur tertiaire. Réalisé par Architecture et Climat, Faculté d'architecture, d'ingénierie architecturale, d'urbanisme (LOCI), site de Louvain-la-Neuve, Université catholique de Louvain, Belgique avec le soutien de la Wallonie.

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Auteur/autrice : Energie-Plus

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Dimensionner le chauffage électrique

Dimensionner le chauffage électrique

Appareils de chauffage direct

Pour un appareil de chauffage direct, le dimensionnement est relativement simple : la puissance de chauffe P (kW) doit être au moins égale aux déperditions calorifiques Pn, déperditions normalisées calculées suivant la NBN B62-003.

On prévoit un léger surdimensionnement pour pouvoir atteindre plus rapidement la température de confort lors de la mise en température : P = 1,1 à 1,5 Pn, à moduler d’après le type de local. Par exemple : living 10 %, chambre à coucher 20 %, salle de bains 50 %.

Ce surdimensionnement n’entraîne que peu de conséquences énergétiques si la régulation de l’appareil est suffisamment précise et rapide.

Appareils de chauffage à accumulation

Un dimensionnement en puissance et en capacité de stockage.

Le dimensionnement présente un double aspect :

  • d’une part, il faut déterminer la puissance électrique des résistances Pe,
  • d’autre part, il faut choisir un noyau accumulateur capable d’accumuler et de restituer l’énergie calorifique Q nécessaire au cours de 24 heures.

Cette fois, le surdimensionnement de l’appareil peut porter à conséquence puisqu’une charge de nuit excessive entraînera des pertes par les parois supplémentaires. Sauf si une régulation précise limite cette charge. Le surdimensionnement entraîne alors seulement un investissement inutile.

Les besoins énergétiques Q [kWh] sont déterminés à partir des déperditions calorifiques du local, diminuées des gains thermiques gratuits provenant des apports énergétiques internes ou externes (éclairage, machines, soleil, … ). Pour un local du type « séjour », on démontrera plus loin que Q = 20 x Pn, [kWh].

La puissance électrique théorique des résistances PE [kW] doit être suffisante pour produire l’énergie requise Q en tenant compte du nombre d’heures de charge disponibles de nuit comme de jour : Q = PEx t (t = durée totale de charge).

La taille du noyau doit être adaptée à la quantité de chaleur à accumuler par cycle de 24 h et à la demande de chaleur (puissance calorifique à délivrer en fonction du schéma horaire de charge et de décharge de l’appareil).
En pratique, le dimensionnement des accumulateurs se fera de préférence suivant la méthode décrite dans la norme CEI, Publication 531, appendice B. Cette méthode est basée directement sur les mesures de performance d’accumulateurs décrites dans la même norme et effectuées au calorimètre.

Nous en reprenons ci-dessous la logique, car elle est suivie par les installateurs électriciens.

A. Informations préliminaires, comme données de base des calculs

  1. L’utilisateur donne un profil quotidien de la demande de chaleur.
  2. Les déperditions nettes résultantes Pr sont calculées comme égales à la Puissance normalisée Pn (suivant la NBN B62-003) diminuée des gains thermiques gratuits Pg.
  3. Le programme Journalier de charge est donné par le distributeur d’électricité.
  4. Le constructeur des appareils donne les caractéristiques de réponse de ses appareils (P)

B. Méthode de calcul

1. Profil journalier de la température du local concerné

Exemple pour le secteur de l’hébergement :

Diagramme de la température journalière.

2. Calcul de la demande de chaleur journalière

Les déperditions nettes résultantes Pr sont calculées comme égales à la Puissance normalisée Pn (suivant la NBN B62-003) diminuée des gains thermiques gratuits Pg

Exemple : Pn = 1 000 W, Pr = Pn – Pg

Demande de chaleur journalière.

A tout instant, la puissance de restitution P de l’appareil doit au moins être égale à Pr. Dans l’exemple, le cas le plus défavorable a été examiné, c-à-d. en supposant des gains thermiques Pg = 0 pendant la journée (d’où une puissance de chauffe P = 1 kW). Pendant la nuit, le facteur d’abaissement de Pr est de 0,56, dû aux diminutions des déperditions par abaissement de la température, fermeture des rideaux, stores, etc. ainsi que par diminution du taux de ventilation.

Du graphique de demande de chaleur, résulte la quantité totale journalière Q requise pour chauffer le local :

Q = Qjour + Qnuit = 15 [h] x Pn + 9 [h] x 0,56 x Pn

Q = 15 [h] x 1 [kW] + 9 [h] x 0,56 [kW]

Q = 20 kWh ou Q = 20 [h] x Pn

On parlera d’une durée nominale de chauffe tn égale à 20 heures.

Remarques

  • La valeur de 0,56 est arbitraire, elle arrondit simplement les calculs et d’obtenir un stockage égal à 20 h de fonctionnement à la puissance nominale (c.-à-d. la puissance par – 10°C extérieurs).
  • Le même raisonnement, appliqué au secteur tertiaire (bureaux) génère un stockage égal à 18 heures de puissance nominale (TN = 18 h).
  • Le choix d’annuler les gains gratuits de la journée va surdimensionner l’appareil.
  • Pour un local présentant des déperditions calorifiques de 1 000 W par une température extérieure de – 10°C et une température intérieure de 20°C, tout en tenant compte de 5 K de chaleur gratuite (base des calculs de consommation par la méthode des degrés-jours 15/15), Q se calcule comme suit :

Q = 24 [h] x 1 [kW] x ((20 – 5) – (- 10) / (20 – (10))

Q = 20 kWh

3. Diagramme journalier de charge ou de mise à disposition de l’alimentation des accumulateurs

Supposons les indices suivants :

  • 1 = tarif de nuit
  • 2 = tarif jour hors-pointes
  • 0 = pas de charge autorisée

Appelons :

  • durée totale nuit = t1
  • durée totale jour hors-pointes = t2

> Exemple 1 : 9 heures de charges (accumulation classique).

Accumulation classique.

> Exemple 2 : 8 h + 1 h de charges (accumulation classique avec relance).

Accumulation classique avec relance.

> Exemple 3 : 7 h + 9 h de charges (accumulation hors-pointes).

Accumulation hors-pointes.

4. Calcul de la puissance électrique théorique des résistances PE

PE = Q / (t1 + t2)

Pour l’exemple 1 : Pe1 = 20 kWh / 9 h = 2,22 kW
Pour l’exemple 2 : Pe2 = 20 kWh / 9 h = 2,22 kW
Pour l’exemple 3 : Pe3 = 20 kWh / 16 h = 1,25 kW

5. Détermination du facteur accumulateur fs

Pour comprendre ce que signifie ce facteur accumulateur, partons d’un cas imaginaire : le noyau se charge totalement, puis se décharge pendant 20 heures (hébergement) ou 18 heures (bureaux). La capacité d’accumulation devrait être égale à Q.

En réalité, la charge se fait en parallèle avec la décharge : à peine l’accumulateur monte en température, que déjà il se décharge partiellement par ses parois. En pratique, il ne devra donc stocker qu’une fraction de Q. Cette fraction est appelée FS.

Notre appareil imaginaire avait un FS = 1 et un appareil direct aura un FS = 0, puisqu’il se décharge aussi vite qu’il se charge.

Les facteurs accumulateurs standard en Belgique sont déterminés par les distributeurs d’énergie électrique :

  • exclusif nuit (9 h de charge) –> FS = 0,75
  • exclusif nuit + relance diurne (8 h + 1 h de charge) –> FS = 0,67
  • trihoraire (7 h + 9 h de charge hors pointe) –> FS = 0,35

6. Sélection de l’appareil dans le catalogue des fournisseurs

Le constructeur donne la réponse de ses appareils, pour un facteur accumulateur et un type de noyau donnés.

Exemple 1 : Accumulation classique 9 h (FS = 0,75)

Type de Noyau Résistance Pr [kW] Puissance normalisée couverte Pn,
si TN = 18 h		 Puissance normalisée couverte Pn,
si TN = 20 h

A

 2 1,0 0,9

B

 3 1,5 1,35

C

 4 2,0 1,8

Exemple 2 : Accumulation hors-pointes 7 h + 9 h (FS = 0,35)

Type de Noyau Résistance Pr [kW] Puissance normalisée couverte Pn,
si TN = 18 h		 Puissance normalisée couverte Pn,
si TN = 20 h

A

 1,3 1,15 1,05
1,6 1,30 1,20

B

 1,8 1,60 1,44
2,4 2,10 2,07

C

 2,7 2,40 2,16
3,2 2,75 2,45

Application : supposons que le local à chauffer présente des déperditions Pn (parois + ventilation) calculée à 1,15 kW. Il s’agit d’une occupation permanente (hébergement) donc TN = 20 h.

En raccordement exclusif nuit, l’appareil choisi sera un noyau de type B, équipé d’une puissance électrique réelle de 3 kW.

En raccordement hors-pointes, l’appareil choisi sera un noyau de type A, équipé d’une puissance électrique réelle de 1,6 kW.

Accumulation dans le sol

Le chauffage par accumulation électrique de nuit dans le sol nous paraît tellement inadapté dans la construction d’aujourd’hui qu’il ne nous paraît pas utile d’en décrire ici le dimensionnement.

Nous renvoyons cependant le lecteur intéressé à l’ouvrage cité ci-dessous, qui décrit très précisément la méthode de dimensionnement.
(Source : d’après « Le code de bonne pratique pour la réalisation des installations de chauffage électrique » – Communauté de l’Electricité – CEG).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Appareils au gaz naturel dans les cuisines – Aération – Cdc de l’ARGB

Appareils au gaz naturel dans les grandes cuisines

1. GENERALITES

1 . 1 . Objet

Les présentes spécifications traitent du placement dans les cuisines d’appareils de grande cuisine, agrées suivant le cahier des charges A.R.G.B./05.75, et de l’évacuation des produits de la combustion, en liaison avec l’aération de la cuisine.

1.2. Domaine d’application

L’aération correcte de la grande cuisine tient compte de toutes les sources qui dégagent de la chaleur dans le local, de l’évacuation des odeurs de cuisson, des vapeurs et des produits de la combustion, et de l’admission d’air frais.

Elle est également conçue en vue d’éviter que les odeurs de cuisine ne se répandent dans les autres locaux.

En dehors des appareils de grande cuisine, qui sont plus particulièrement visés par les présentes spécifications, il y a lieu de tenir compte de toutes les autres sources de chaleur ou d’évaporation possibles pour le fonctionnement de l’aération générale de la cuisine.

Le respect des présentes spécifications n’enlève rien à l’obligation de se conformer à d’autres dispositions légales ou réglementaires (RGPT, protection contre l’incendie,.).

1.3. Classification des appareils fonctionnant au gaz naturel

Type A

Appareils non conçus pour être raccordés à une cheminée pour l’évacuation des produits de la combustion hors du local où ils sont installés.

En plus des appareils à brûleurs découverts, sont également visés les appareils munis d’orifices d’évacuation des produits de la combustion et ceux munis d’un conduit d’évacuation faisant partie de l’appareil et non destinés à être raccordés à une cheminée.

Les appareils de ce type ne peuvent pas être raccordés directement à une cheminée ou à un dispositif d’extraction mécanique.

Type B

Ces appareils sont munis d’un coupe-tirage anti-refouleur et peuvent être raccordés directement à une cheminée ou à un conduit d’extraction mécanique des produits de la combustion.

2. INSTALLATIONS DES APPAREILS A GAZ

Les canalisations intérieures ainsi que les raccordements des appareils à ces canalisations répondent aux exigences de la norme NBN D 51-003. Les appareils de grande cuisine répondent au cahier des charges A.R.G.B./05-75 pour les appareils de grande cuisine alimentés au gaz naturel en catégorie I2.

D’autres appareils, comme les appareils de production d’eau chaude à accumulation, les appareils de chauffage, etc… répondent aux normes NBN ou aux cahiers des charges A.R.G.B. les concernant.

Le raccordement éventuel des appareils à l’eau ou à l’électricité doit satisfaire aux exigences en la matière.

3. AERATION DE LA CUISINE

3.1. Classification

Type I

Cuisine sans dispositif spécial pour l’aération. Sont également comprises les cuisines, munies d’un ou de plusieurs ventilateurs hélicoïdaux pour l’évacuation des vapeurs de cuisson et de friture par la façade.

Les ventilateurs hélicoïdaux ne peuvent pas gêner la bonne marche des appareils raccordés à une cheminée.

Type II

Cuisine équipée d’une aération naturelle. Cette aération est généralement obtenue, soit par une ou plusieurs cheminées ou conduits d’évacuation par le toit, soit par des orifices d’aération dans la façade.

Type III

Cuisine où l’aération est obtenue par des moyens mécaniques.

Type III a
L’air de la cuisine est aspiré mécaniquement et l’amenée d’air frais se fait par les orifices en communication avec l’extérieur (la cuisine est en sous-pression).

Type III b
L’air frais est propulsé mécaniquement et l’évacuation de l’air de cuisine se fait par les orifices en communication avec l’extérieur (la cuisine est en surpression).

Type III c
L’amenée d’air frais et l’évacuation de l’air de cuisine se font mécaniquement.

3.2. Fonctionnement de l’aération

En règle générale, le volume d’air total de la cuisine doit être renouvelé 10 à 30 fois par heure. L’aération dépend du type de cuisine et de la hauteur des locaux.

Ci-dessous, à titre indicatif, quelques données pour l’aération générale de la cuisine.

Tableau-I

Les valeurs indiquées peuvent être utilisées pour la ventilation au-dessus des appareils individuels au gaz naturel.

TYPE DE CUISINE Hauteur du local en m. Nombre de renouvellements d’air par heure
cuisine moyenne 3-4 30-20
pour restaurants, hôtels, cantines 4-6 20-15
grandes cuisines 3-4 30-20
pour cliniques, casernes, usines 4-6 30-15
cuis. diététiques 3-4 20-15

Tableau-II

L’aspiration au-dessus de chaque appareil fait partie de l’aération générale, comme indiqué au tableau 1.

Extraction par appareil
Type Ventilation en m³ / h
cuisinière 1 500
cuiseur 100 L 300
cuiseur 200 L 600
cuiseur 500 L 1 000
cuiseur 1 000 L 1 500
poêle à frire basculante 1 500 par m² de surface au sol
table chauffante 450 par m² de surface
four de cuisson 1 000 par m² de surface
percolateur 450
grill 3 000 par m² de surface
marmites basculantes 10 L 200
m. b. 20 L 300
m. b. 50 L 500

3.3. Interaction entre l’amenée et l’évacuation de l’air

3.3.1. Généralités

Il faut veiller à ce que l’aération générale de la cuisine, l’évacuation naturelle ou l’extraction mécanique des produits de la combustion n’influencent pas, d’une façon néfaste, les appareils et vice-versa; il faut également s’assurer qu’il y ait un nombre suffisant d’orifices pour l’amenée d’air qui correspondent à l’évacuation existante.

3.3.2. Cuisines du type III b

Dans ce cas, une attention spéciale doit être portée aux dimensions des orifices d’évacuation des odeurs de cuisine, afin d’éviter une trop grande surpression dans la cuisine. Il faut également veiller à ce que les odeurs de cuisson ne se répandent pas dans les locaux annexes.

4. SPECIFICATIONS POUR LE PLACEMENT DES APPAREILS, RELATIVES A L’AERATION DE LA CUISINE

Afin d’obtenir un bon fonctionnement des appareils et de garantir une bonne atmosphère de travail dans la cuisine, il y a lieu d’observer les règles générales suivantes :

  • Les appareils du type A sont placés le plus près possible d’un orifice d’évacuation et de préférence en dessous de la hotte;
  • Seuls les appareils du type B peuvent être raccordés à une cheminée ou à un conduit d’évacuation mécanique des produits de la combustion.

Dans le cas des cuisines du type III c, l’amenée d’air et l’évacuation doivent toujours fonctionner simultanément.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la protection extérieure

En fonction du type de toiture

Toiture inversée

Les parties courantes

La couche isolante d’une toiture inversée est actuellement réalisée uniquement à l’aide de mousse de polystyrène extrudé. Ce matériau ne résiste pas au rayonnement ultraviolet, en outre, il doit être lesté pour éviter son soulèvement sous l’effet du vent ou par flottaison.

Les seules protections qui conviennent dans ce cas sont donc les protections lourdes :

Les remontées d’étanchéité en rives

Remontées d'étanchéité en rives.

Lorsque la membrane d’étanchéité utilisée doit être protégée des rayonnements UV (voir plus loin), les remontées d’étanchéité qui ne peuvent être protégées par la protection lourde doivent l’être par une protection légère.

Toiture chaude

Les parties courantes

Tous les systèmes de protection sont possibles pour les toitures chaudes.

Le choix de la protection ne dépendra plus que de la nature de l’étanchéité et de la force portante du support.

Si le support le permet, on préférera une protection lourde qui protège mieux la membrane des chocs thermiques, à cause de l’inertie thermique de la protection, et dispense d’accrocher l’étanchéité.

Si le support ne le permet pas, on se contentera d’une protection légère.

Les remontées d’étanchéité en rives

lorsque la membrane d’étanchéité utilisée doit être protégée des rayonnements UV, les remontées d’étanchéité qui ne peuvent être protégées par la protection lourde doivent l’être par une protection légère.

La pente de la toiture

Les protections légères peuvent être appliquées quelle que soit la pente de la toiture.

Les protections lourdes ne conviennent que pour les toitures relativement horizontales, ainsi :

  • lorsque la pente de la toiture dépasse 5 %, la membrane ne peut être protégée par du gravier,
  • lorsque la pente de la toiture dépasse 10 %, la membrane ne peut être protégée par des dalles.

La nature de la membrane d’étanchéité

En fonction de leur nature, les membranes d’étanchéité devront ou pas être protégées des rayonnements solaires.

Membranes bitumineuses

S’il s’agit d’une membrane à base de bitume SBS une protection contre les rayons UV est indispensable, ce qui n’est pas le cas avec une membrane à base de bitume APP.
Une protection des membranes APP est cependant nécessaire lorsque les évacuations d’eaux pluviales situées en aval sont métalliques pour éviter leur oxydation (oxydation des accessoires de toiture).
La protection légère est généralement constituée de paillettes d’ardoise appliquées en usine. Elle peut également être assurée par une couche de peinture compatible avec la membrane.
Plus rarement, la membrane est revêtue d’une feuille de cuivre ou d’aluminium.

Membranes synthétiques

La majorité des membranes synthétiques offrent une résistance suffisante aux rayons UV et aux chocs thermiques.
Seules les membranes en PVC, doivent être stabilisées aux UV lorsqu’elles risquent d’être exposées à ceux-ci.
Attention ! Le lestage en gravier ralentit l’évacuation de l’eau pluviale et peut devenir un foyer de micro-organismes qui favorisent le vieillissement de certains PVC.

En fonction de la capacité portante du support

Seule une toiture dont la capacité portante est suffisante pourra supporter une protection lourde. Sinon seule une protection légère peut convenir.

Exemples de poids de lestage :

En fonction de l’utilisation de la toiture

Toiture inaccessible sauf pour l’entretien

Lorsque la toiture n’est pas prévue pour la circulation des piétons ou des véhicules, la protection de l’étanchéité peut être légère ou lourde.

Toiture accessible pour la circulation piétonne

Ces toitures doivent être capables de supporter la charge d’utilisation, et la protection circulable.

Celle-ci sera du type protection lourde : carrelage sur chape, dalles sur plots, dalles drainantes, pavage sur gravillon, asphalte coulé ou revêtement drainant pour terrain de sport.
L’étanchéité peut également être recouverte d’un plancher ou d’un caillebotis en bois. Il ne s’agit pas d’une protection lourde. Elle ne fait pas office de lestage de l’étanchéité. Celle-ci doit donc être fixée en conséquence.

Toiture carrossable

Ces toitures doivent supporter la charge de circulation, et la protection carrossable.

Celle-ci sera du type protection lourde.

Les dalles sur plots de grand format, l’asphalte coulé et les enrobés hydrocarbonnés admettent une circulation légère.

Les pavements sur asphalte coulé permettent la circulation de camions légers.

Seules les dalles fractionnées en béton armé permettent le charroi lourd.

Toitures jardins

Pour des raisons esthétiques, la protection de l’étanchéité et son accrochage peuvent être assurées par des plantations et leur substrat.

On sera attentif à plusieurs aspects :

  • La force portante du support doit être suffisante. Un jardin de toiture peut peser de 25 à 200 kg/m² voire plus dans certains cas de végétation intensive.
  • L’étanchéité doit être protégée mécaniquement des coups de bêche accidentels.
  • La membrane d’étanchéité doit être conçue pour résister aux racines.
  • La réserve d’eau doit être suffisante pour être capable d’assurer l’alimentation des plantes choisies.
  • L’épaisseur de terre doit être adaptée aux plantes choisies.
Thermographie
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer les corps de chauffe

Thermographie

Thermographie de 2 façades.
A gauche avec les radiateurs devant les allèges non isolées
et à droite devant une allège isolée.

Isoler les allèges derrière les radiateurs

La perte de chaleur à travers une paroi extérieure est multipliée par 2 si elle se trouve derrière un radiateur. On a donc intérêt à augmenter l’isolation de cette partie de paroi. Si la place le permet (il faut laisser un espace de 3 cm entre le radiateur et la paroi), il est recommandé de coller sur la face intérieure une plaque isolante de 2 cm d’épaisseur, recouverte d’une feuille d’aluminium.

Exemple.

Reprenons l’exemple suivant :

Avec la présence du radiateur, une allège composée d’un mur plein de 24 cm (ancienne construction) perd sur la saison de chauffe (pour 1 m² de paroi) :

2,6 [W/m²K] x 1 [m²] x (24 [°C] – 6 [°C]) x 5 800 [h/an] / 0,7
= 388 [kWh/an] ou 39 [litres fuel ou m³ gaz/an]

où :

  • 2,6 [W/m²K] = le coefficient de transmission thermique (k ou U) du mur de brique non isolé
  • 24 [°C] = température moyenne intérieure au dos du radiateur durant la saison de chauffe
  • 6 [°C] = température moyenne extérieure durant la saison de chauffe (région de Mons)
  • 5 800 [h/an] = durée de la saison de chauffe
  • 0,7 = le rendement global de l’installation de chauffage existante

Si on place un isolant de 0,5 cm recouvert d’une feuille d’aluminium au dos du radiateur (collé au mur), le coefficient de transmission thermique (k) du mur passe à 1,4 W/m²K et la perte devient :

1,4 [W/m²K] x 1 [m²] x (24 [°C] – 6 [°C]) x 5 800 [h/an] / 0,7 = 208 [kWh/an]

L’économie est donc de 180 kWh/m².an (environ 18 litres de fuel par m² ou 4 €/an), ce qui rentabilise rapidement l’investissement consenti (environ 3 €/m²).
Exemple.

Il est très intéressant de supprimer les allèges vitrées
(surtout ici constituées de simples vitrages) par des panneaux opaques isolants.

Diminuer la température des chauffages à air chaud

Les corps de chauffe favorisant le transfert de chaleur par convection (bouche d’air chaud, convecteur, ventilo-convecteur, aérotherme, …) provoquent une stratification des températures (principalement dans les locaux de grande hauteur) et surchauffent ainsi inutilement la partie haute du local. Cette stratification est d’autant plus importante que la température de l’air et donc de l’eau d’alimentation du système est importante.

On a donc tout intérêt à diminuer au maximum la température de l’eau alimentant les convecteurs ou les batteries d’air chaud. Avec une limite : ne pas créer d’inconfort par courant d’air trop frais.

Dégager les corps de chauffe

Tous les éléments enveloppant un corps de chauffe (tablettes, alcôves décoratives, livres ou vêtements que l’on dépose sur les radiateurs, tentures recouvrant les corps de chauffe) sont des entraves à l’émission de chaleur. En soi, cette entrave ne provoque pas une consommation complémentaire mais risque de conduire à un inconfort.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’inconfort lié aux émetteurs.

Si cet inconfort pousse les gestionnaires à augmenter la température de l’eau de l’installation et peut-être à surchauffer certaines zones du bâtiment, cela va évidemment à l’encontre de l’efficacité énergétique.

Mais où se trouve le corps de chauffe…?

On a donc toujours intérêt à éliminer tous les obstacles présents sur les corps de chauffe.

L’émission d’un radiateur ne sera guère altérée si les dimensions des niches suivantes sont respectées :

Dimension minimales à respecter pour les cache-radiateurs :
3 [cm] < a1 < 5 [cm]
a2 > 2 [cm]
10 [cm] < b1 = c1
b2 = c3 = p et
6 [cm] < b2 = c3 = p < 12 [cm]
c2 = h

Placer des déstratificateurs

Dans les ateliers de grandes hauteurs, des ventilateurs de déstratification peuvent être placés pour renvoyer l’air chaud vers le bas et homogénéiser la température du local.

Ouille, ça est haut, chef !

–> le chauffage des radiateurs monte en toiture…

…d’où l’usage d’un ventilateur de déstratification.

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Check-list pour une installation [Ventilation URE]

Voici un résumé des points essentiels qui garantissent une installation de ventilation énergétiquement efficace et confortable.

On sera attentif à 3 aspects du projet :

Paramètres de dimensionnement

Exigences

Pour en savoir plus
Le débit d’air doit correspondre aux exigences des réglementations en vigueur (ni plus, ni moins).

Concevoir
Idéalement, les pertes de charge du réseau de distribution double flux ne doivent pas dépasser 900 Pa (recommandation SIA pour les installations très performantes).

Concevoir
La vitesse de l’air dans les conduits doit être limitée pour limiter les pertes de charge et la production acoustique.

Concevoir
Le niveau acoustique dans les locaux ne doit pas dépasser (grand standing/moyen/minimal):

Concevoir

Choix de matériel

Exigences

Pour en savoir plus
Tout bâtiment neuf doit comporter un dispositif de ventilation avec au minimum des amenées d’air neuf naturelles ou mécaniques dans les locaux de travail et une extraction d’air vicié dans les sanitaires (ventilation simple ou double flux).

Concevoir
Idéalement, une pulsion d’air neuf doit être accompagnée d’un préchauffage (T° de 12 .. 16°C), pour éviter les risques de courant d’air et les risques de condensation sur les conduits et d’une humidification en hiver.

Concevoir
Le debit nominal des amenées d’air doit correspondre aux réglementations pour une différence de pression de 2 Pa.

Concevoir
Pour éviter les risques de courant d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent comporter un système autoréglable maintenant le débit dans une plage acceptable.

Concevoir
Pour éviter les courants d’air, les grilles d’amenées d’air naturelles doivent être disposées à plus de 1,8 m de haut et de préférence au-dessus d’un corps de chauffe.

Concevoir
Le coefficient k des grilles d’amenées d’air en position fermée ne doit guère dépasser 3 W/m²K.

Concevoir
Dans les ambiances extérieures bruyantes, des grilles d’amenées d’air naturelles peuvent être équipées d’une isolation accoustique.

Concevoir
Pour assurer un balayage correct de locaux, des dispositifs de transfert (grilles ou détalonnage des portes) doivent être prévus entre les locaux nécessitant un apport d’air neuf et les locaux d’où l’air est évacué.

Concevoir
Pour éviter les risques de courant d’air, les bouches de pulsion doivent être choisies telles que :

En résumé

Grandeurs à respecter

 Où ? Combien ?
Débit zone d’occupation selon les besoins
Puissance acoustique au niveau de la bouche max : 45 dB(A)
Vitesse de l’air zone d’occupation
(à 1,8 m de haut)		 max : 0,2 m/s
le long des murs
(à 1,8 m de haut)		 max : 0,4 m/s
Écart de température dans l’air ambiant zone d’occupation max : + 1,5°C
(chauffage)
zone d’occupation max : – 1°C
(en refroidissement)

Concevoir
Les entrées et les sorties d’air doivent être disposées de manière à garantir un balayage correct des locaux et l’évacuation des polluants.

Concevoir
Si les bouches de pulsion peuvent être fermées (automatiquement par détection de présence ou manuellement par les occupants), un système d’autoréglage des débits doit être prévu sur chacune des bouches.

Concevoir
Aucune perturbation ne doit être prévue aux abords des bouches (registre, coude, …) sous peine d’une production acoustique importante.

Concevoir
Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière sont en général à privilégier. Les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant ne sont permis que pour des débits inférieurs à 5 000 m³/h.

Concevoir
Le ventilateur choisi doit avoir le rendement maximum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

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

 

Concevoir
Le ventilateur choisi doit avoir une pression dynamique minimum au point de fonctionnement.

Exigences du cahier des charges 105 :

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 %

Concevoir
L’entraînement direct des ventilateurs avec convertisseur de fréquence présente moins de perte que l’entraînement par courroies.

Concevoir
Dans le cas d’un entraînement par courroies, il faut choisir les poulies les plus grandes possibles ou augmenter le rendement de transmission.

Concevoir
Pour des puissances inférieures à 1 kW, les moteurs à courant continu ont de meilleurs rendements que les moteurs asynchrones.

Concevoir
Pour limiter les pertes de charge, la section du raccord entre le ventilateur et le réseau 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. La pièce de transformation doit être placée à une distance du ventilateur supérieure à deux fois le diamètre de sa roue.

Concevoir
Le réseau de distribution doit être dessiné pour en diminuer la longeur et donc pour limiter la hauteur manométrique du ventilateur : préférer les branches parallèles au réseau en série.

Concevoir
Le réseau ne peut comporter de brusques changements de section ou de direction. Des aubes directrices peuvent être disposées dans les coudes présents dans le local technique.

Concevoir
Les conduits circulaires avec joints aux raccords sont préférables aux conduits rectangulaires (meilleure étanchéité, facilité de placement, pertes de charge moindres).

Concevoir
La vitesse de l’air au niveau des batteries doit rester dans une plage allant de 2 à 4 m/s.

Concevoir
Les conduits ne doivent pas passer à travers des locaux à haut niveau sonore.

Concevoir
Des tresses de laine minérale ou un mastic à élasticité permanente doivent être placés entre les conduits et les murs ou planchers traversés pour limiter la transmission acoustique.

Concevoir
Des fixations souples (couche élastique en Néoprène, par exemple) sont requises autour du caisson de traitement et pour le conduit principal.

Concevoir
Un filtre à poches (à partir de 85 % OPA (F7)) placé sur l’entrée d’air neuf est nécessaire et suffisant.

Concevoir
La perte de charge initiale des filtres ne doit pas dépasser 90 Pa pour un filtre F6 et 120 Pa pour un filtre F7.

Concevoir
Le filtre à poches choisi devra avoir le média filtrant le plus épais possible.

Concevoir
L’étanchéité du pourtour des filtres doit être soignée.

Concevoir
Les filtres doivent être faciles d’accès pour l’entretien.

Concevoir
Un manomètre différentiel doit mesurer en permanence la perte de charge des filtres et fournir une alarme si celle-ci dépasse la pression recommandée par le fabricant. Un affichage à proximité du filtre doit reprendre les données telles que type de filtre, pertes de charge initiale et finale, date du dernier remplacement …

Concevoir
Les prises d’air et les rejets d’air extérieurs doivent respecter une série de conditions quant à leur emplacement pour garantir la qualité de l’air neuf et éviter les gênes pour le voisinage.

Concevoir
Le préchauffage de l’air se fera de préférence au moyen d’une batterie à eau chaude et non d’une batterie électrique.

Concevoir
Un récupérateur sur l’air extrait est à conseillé d’un point de vue énergétique. De préférence (si possible) : un échangeur à plaque pour les petits débits (.. 5 000 .. m³/h), un échangeur rotatif pour les grands débits (.. 20 000 .. m³/h).

Concevoir
La régulation du récupérateur en mi-saison (surchauffe) et en hiver (givre) doit se faire de façon modulante pour maximaliser les temps de récupération.

   Concevoir 

Systèmes de commande

Exigence

Pour en savoir plus
Dans les bâtiments à horaire de travail fixe, la ventilation doit être coupée par une horloge en période d’inoccupation (maintien d’un débit minimum dans les sanitaires).

Concevoir
Dans les salles de réunion ou de conférence à taux d’occupation variable et ventilation double flux indépendante, une sonde CO2 peut gérer la vitesse du ventilateur en fonction de l’occupation.

Concevoir
Dans des bâtiments avec des locaux à occupation variable, la ventilation peut être liée à un détecteur de présence dans chaque local.

Concevoir
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Dimensionner un réseau de ventilation

Dimensionner un réseau de ventilation

Le dimensionnement d’un réseau de ventilation consiste à calculer le diamètre de chaque conduit et d’en déduire la hauteur manométrique à fournir par le ventilateur.

Exemple de base

Les différentes méthodes de dimensionnement seront appliquées ci-après à l’exemple de réseau de distribution suivant :

Le débit à fournir par le ventilateur est de 12 600 m³/h. Il se répartit en 5 bouches de pulsion :

Bouche Débit pulsé
Bouche a 3 600 [m³/h]
Bouche b 1 800 [m³/h]
Bouche c 1 800 [m³/h]
Bouche d 3 600 [m³/h]
Bouche e 1 800 [m³/h]

Pour pulser le débit souhaité, les bouches doivent être alimentées sous une pression de 50 Pa.

Méthode des pertes de charge constantes par branche

Cette méthode consiste à fixer la perte de charge linéaire dans la branche du réseau la plus résistante (a priori, la plus longue), par exemple à une valeur de 1 Pa/m (valeur courante de compromis entre les problèmes acoustiques liés à une vitesse trop élevée de l’air et l’investissement lié à la taille des conduits). Ensuite, en partant de la bouche la plus défavorisée, on égalise la perte de charge de chacune des branches parallèles, ce qui permet d’en déterminer le diamètre. On obtient ainsi en final un réseau directement équilibré.

Suivant des tables reprises dans la littérature, les accidents de parcours (coudes, changements de section, tés, bifurcations, …) sont assimilés à une longueur de conduite équivalente, c’est-à-dire ayant la même perte de charge.

En reprenant l’exemple de base :

Tronçon E-a

On fixe dans ce tronçon la perte de charge linéaire à 1 Pa/m. Connaissant la longueur des conduits et la longueur équivalente des accidents, on déduit immédiatement la perte de charge du tronçon. Ensuite, connaissant la perte de charge linéaire et le débit véhiculé par un tronçon, on peut immédiatement calculer sa section en fonction du débit, en se référant aux abaques couramment rencontrés dans la littérature (fonction de la forme du conduit et de sa composition).

L’exemple est ici donné pour des conduits circulaires. Il est semblable pour des conduites rectangulaires.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
E-F 12 600 3,5 1 1 1 1 – –
F-G 12 600 3,5 2 1 2 3 710 8,85
G 12 600 3,5 7 1 7 10 710 8,85
G-H 12 600 3,5 3 1 3 13 710 8,85
H 12 600 3,5 7 1 7 20 710 8,85
H-I 12 600 3,5 4 1 4 24 710 8,85
I 12 600 3,5 7 1 7 31 710 8,85
I-J 5 400 1,5 8 1 8 39 506 7,47
J 5 400 1,5 5 1 5 44 506 7,47
J-K 5 400 1,5 1 1 1 45 506 7,47
K 5 400 1,5 5 1 5 50 506 7,47
K-L 3 600 1 9 1 9 59 430 6,89
L 3 600 1 4 1 4 63 430 6,89
L-a 3 600 1 2 1 2 65 430 6,89
a 3 600 1 – – (50) 115 – –

Tronçon K-b

En E, la pression est de 115 Pa. En K, elle est de 115 – 45 = 70 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon K-b doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 70 – 50 = 20 Pa

La longueur du tronçon K-b est de 9 m, à laquelle vient s’ajouter la longueur équivalente du coude (6 m), ce qui donne une longueur de 15 m pour une perte de charge de 20 Pa, soit une perte de charge linéaire de 1,33 Pa

On en déduit comme pour le tronçon précédent le diamètre des conduits en fonction du débit véhiculé.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
K-M 1 800 0,5 7 1,33 9 9 308 6,73
M 1 800 0,5 6 1,33 8 17 308 6,73
M-b 1 800 0,5 2 1,33 3 20 308 6,73
b 1 800 0,5 – – (50) 70 – –

Tronçon I-c

En I, la pression est de 115 – 31 = 84 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon I-c doit être identique à la perte de charge du tronçon K-a, à savoir 84 – 50 = 34 Pa.

Le tronçon I-c comporte 13 m de section droite et 25 m de longueur équivalente due aux coudes et changement de section, ce qui donne une longueur de 38 m pour une perte de charge de 34 Pa, soit une perte de charge linéaire de 0,97 Pa On en déduit comme pour les tronçons précédents le diamètre des conduits en fonction du débit.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
I-N 7 200 2 2 0,97 2 2 571 7,82
N 7 200 2 6 0,97 6 8 571 7,82
N-O 7 200 2 1 0,97 1 9 571 7,82
O 7 200 2 6 0,97 6 15 571 7,82
O-P 7 200 2 3 0,97 3 17 571 7,82
P 7 200 2 4 0,97 4 21 571 7,82
P-Q 3 600 1 3 0,97 3 24 433 6,81
Q 1 800 0,5 3 0,97 3 27 328 5,93
Q-R 1 800 0,5 3 0,97 3 30 328 5,93
R 1 800 0,5 3 0,97 3 33 328 5,93
R-c 1 800 0,5 1 0,97 1 34 328 5,93
c 1 800 0,5 – – (50) 84 – –

Tronçon P-e

En P, la pression est de 84 – 22 = 62 Pa.

Pour que le réseau soit équilibré, la perte de charge du tronçon PE doit être identique à la perte de charge du tronçon P-c, à savoir 62 – 50 = 12 Pa.

Le tronçon PE comporte 6 m de section droite et 4 m de longueur équivalente due au coude, ce qui donne une longueur de 10 m pour une perte de charge de 12 Pa. La perte de charge linéaire est donc de 1,26 Pa.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
P-S 3 600 1 5 1,26 6 6 410 7,56
S 3 600 1 4 1,26 5 11 410 7,56
S-e 3 600 1 1 1,26 1 13 410 7,56
e 3 600 1 – – 50 63 – –

Tronçon Q-d

En Q, la perte de charge du tronçon Q-d doit être identique à la perte de charge du tronçon Q-c, à savoir 10 PA Le tronçon PE comporte 1 m de section droite et 3 m de longueur équivalente due au piquage, ce qui donne une longueur de 4 m pour une perte de charge de 10 Pa, soit une perte de charge linéaire de 2,43 Pa.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
Q 1 800 0,5 3 2,43 7 7 273 8,55
Q-d 1 800 0,5 1 2,43 2 10 273 8,55
d 1 800 0,5 – – 50 60 – –

Tronçon A-E

La pression nécessaire au niveau de la prise d’air extérieure est de 40 Pa La perte de charge du filtre est de 45 Pa (modification de section comprise). On se fixe dans ce premier tronçon une perte de charge de 0,5 Pa/m.

Tronçon

Débit

q

Longueur

Dp lin

Dp

Σ Dp

Diam

Vitesse
–

[m³/h]

[m³/s]

[m]

[Pa/m]

[Pa]

[Pa]

[mm]

[m/s]
A 12 600 3,5 – – (40) 40 – –
A-B 12 600 3,5 4 0,5 2 42 815 6,70
B 12 600 3,5 8 0,5 4 46 815 6,70
B-C 12 600 3,5 2 0,5 1 47 815 6,70
C-D 12 600 3,5 – – (45) 92 – –
D-E 12 600 3,5 – – (0,5) 92,5 – –

Dimensionnement du ventilateur

Le ventilateur doit donc fournir un débit de 12 600 m³/h, avec une pression de 115 + 92,5 = 207,5 Pa

Méthode de la vitesse constante dans la branche la plus résistante

Plutôt que de se fixer une perte de charge linéaire constante dans le tronçon le plus défavorisé (E-a), on peut y fixer une vitesse (exemple : 6,5 m/s).

Puisque l’on connaît la vitesse dans ce tronçon, on peut calculer automatiquement les sections et les diamètres des conduits en fonction du débit véhiculé puisque :

Section = Débit / Vitesse

La perte de charge de chaque section est alors déterminée par des abaques en fonction du type de conduit choisi.

Une fois que l’on a déterminé les sections du premier tronçon, les sections et les pertes de charge de chaque tronçon sont calculées comme dans la méthode précédente.

Méthode des pertes de charge linéaires ou des vitesses dans toutes les branches

Pour simplifier le calcul, on peut également fixer soit la perte de charge linéaire, soit la vitesse dans l’entièreté du réseau de distribution. Les bouches sont alors choisies en fonction de la pression disponible en amont. Si cette pression est trop importante, il faudra diminuer la section du conduit du tronçon ou installer un registre de réglage. Cette méthode est plus simple mais demande quand même le calcul des pressions disponibles à chaque bouche. Leur choix et leur ajustement sont en outre plus complexes.

Outils informatiques

La complexité des réseaux peut rendre fastidieux le calcul d’un réseau complet, surtout si on veut multiplier les essais de manière à optimaliser la solution, en terme d’investissement, de consommation énergétique, de bruit, ….

Heureusement, il existe sur le marché des programmes informatiques qui intègrent les différentes méthodes de calcul et qui fournissent également comme résultats, les surfaces de réseau, son poids, les déperditions en fonction de la température du fluide transporté, des vitesses d’air et des matériaux.

Projet OPTIVENT

Pour les installations résidentielles, le CSTC a développé récemment lors du projet OPTIVENT un outil de calcul informatique gratuit permettent de concevoir, dimensionner et équilibrer un réseau de ventilation.

 

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le châssis

Paramètres du bâtiment influençant le choix des châssis

Tâchons de mettre en évidences les principaux critères de choix des châssis à partir des sollicitations auxquelles ils seront soumis.

Ces sollicitations sont fonctions de plusieurs paramètres du bâtiment dont les principaux sont les suivants :

Son implantation

  • On veillera à prendre des précautions acoustiques suffisantes et adéquates (différentes selon que l’on se trouve en milieu rural ou urbain)

Son orientation

  • En Belgique, les pluies les plus intenses se manifestent généralement par un vent de sud-ouest. Une bonne étanchéité à l’eau et à l’air y est indispensable ainsi qu’une protection contre le ruissellement d’eau des châssis situés dans le plan de la façade.
  • En cas d’orientations ensoleillées, on évitera les châssis sensibles aux rayonnements. On préférera les teintes claires de châssis aux teintes foncées.
    Des éléments de protections solaires peuvent être prévus ( dépassants de toiture, balcons,…).

La hauteur du châssis par rapport au sol

Celle-ci aura une influence sur :

  • Les degrés d’exposition aux vents et aux pluies, et donc au soin à apporter à l’étanchéité à l’eau et à l’air du châssis.
  • Le niveau de sécurité à prévoir. En effet des précautions sont à prendre pour des châssis situés aux rez-de-chaussée ou pour les châssis facilement accessibles. (escaliers de secours extérieurs…)
  • L’accessibilité des châssis pour l’entretien des châssis et des vitrages.

La présence d’éléments de protection

Tels un dépassement de toiture, un balcon, …, permettent d’atténuer les sollicitations du vent, de l’eau et du soleil. Cela permet plus de liberté dans le choix du type de châssis.

La présence de châssis en toiture

Dans une toiture, les châssis sont sollicités principalement par l’action combinée de la neige, du vent, de l’eau et de leur poids propre. Une attention particulière sera portée à la double barriére d’étanchéité, et à la résistance mécanique du châssis.

De plus, on veillera à garantir l’accessibilité du châssis pour l’entretien par un type d’ouvrant adéquat. Cela n’étant pas toujours réalisable facilement, on préférera des châssis nécessitant peu d’entretien.

Les caractéristiques thermiques désirées

Pour le choix des châssis, il faudra être attentif à 2 caractéristiques thermiques des châssis

Le niveau d’isolation thermique

Les paramètres intervenants dans le degré d’isolation thermique des châssis sont :

Le coefficient de transmission thermique du matériau constituant le châssis

Un châssis est caractérisé thermiquement par son coefficient de transmission thermique Uf. Plus le coefficient transmission thermique est bas, plus le châssis est isolant.

La réglementation thermique impose des valeurs de coefficients de transmission thermique maximaux.

On peut cependant recommander d’aller plus loin comme le font certains labels volontaires.

Si le caractère isolant du châssis (considéré seul) a son importance dans le cadre de l’utilisation rationnelle de l’énergie, généralement la surface du châssis est réduite par rapport à la surface du vitrage. Aussi, l’influence de la valeur du Uf sur la valeur U de l’ensemble de la fenêtre est également réduite. Le châssis intervient donc peu dans l’isolation globale d’un immeuble, sauf si celui-ci comporte beaucoup de fenêtres.

Évaluer

 

 Pour évaluer le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre en fonction du coefficient de transmission thermique des châssis et des vitrages, cliquez ici  !

En comparant les différents matériaux possible pour les châssis et les valeurs de transmission thermique associées, On constate que :

  • Le bois a une valeur d’isolation supérieure à celle de l’aluminium et du PVC. De plus, il a l’avantage d’être un produit naturel biodégradable, stable thermiquement, recyclable et isolant.
    Mais ses caractéristiques naturelles entraînent un risque d’imperfections (veine, trou d’insectes) et un besoin d’entretiens fréquents.
  • Les châssis en PVC atteignent des valeurs très basses, et attrayantes… si l’aspect de ce matériau est apprécié. De plus, le PVC est très sensible aux fluctuations thermiques à cause son coefficient de dilatation élevé. Certaines précautions sont donc à prendre lors du choix de ce matériau.
  • Les châssis en métal présentent une faible valeur isolante mais leur performance thermique dépendra largement de la taille de la fenêtre et du détail du profilé. Actuellement, on ne conçoit plus d’utiliser un châssis en métal sans coupure thermique. Certains châssis pourvus d’un agrément thermique donnent des valeurs inférieures (et donc meilleures) à celles reprises dans les normes.
  • Les châssis composites font de plus en plus leur apparition sur le marché. Composé de plusieurs matériaux différents, ils permettent de combinés les avantages propres à chacun (meilleure isolation thermique intérieure, capot en aluminium pour l’estétisme extérieur, finition intérieure en bois,…).

Le type d’ouvrant

Le châssis fixe est évidemment optimal thermiquement parlant car il permet une réduction maximale des fuites et des courants d’air. Cependant pour des raisons de ventilation, de confort et d’entretien, un châssis ouvrant est souvent nécessaire.

D’un point de vue thermique, la présence d’un ouvrant modifiera :

  • La valeur du Uw car selon le type d’ouvrant les proportions de vitrage et de châssis varient. En pratique le calcul du Uw est basé sur une moyenne acceptable.
  • L‘étanchéité à l’air, influençant directement les performances thermiques de l’enveloppe du bâtiment.

De plus, il est évident que le choix d’un châssis très isolant dont le raccord à la maçonnerie n’est pas étanche à l’air ou muni d’une grille de ventilation défectueuse, n’a pas de sens au niveau énergétique.
Dès lors, on veillera :

  • Dès la conception du châssis, à définir le type de grille de ventilation et sa position au sein du châssis. On veillera à choisir un dispositif compatible avec le niveau d’isolation thermique, acoustique du reste de la fenêtre.
  • A soigner le raccord du châssis à la maçonnerie, de façon à assurer une continuité du degré d’isolation au sein de la façade.

La stabilité thermique des châssis

Certains matériaux tels le PVC et l’aluminium, ont un coefficient de dilatation élevé, entraînant une plus grande sensibilité aux fluctuations de température. Dès lors, des désordres importants et non prévus lors de la conception des châssis, peuvent apparaître dans les châssis de grandes dimensions.

Pour avoir une idée…. un profilé en PVC de 3 m de longueur soumis à un écart de température de 50° subit une déformation potentielle comprise entre 9 et 13,5 mm.

En cas d’orientations ensoleillées, on préférera donc le bois ou le polyuréthane moins sensible aux fluctuations de température.

En cas d’utilisation de châssis en PVC, il faut savoir que,

  • Dès la conception de la fenêtre et de son installation, il faudra prévoir un jeu périphérique suffisant et utiliser des joints d’étanchéité et des fixations adéquates.
  • Des renforcements en acier galvanisé sont conseillés (… ce qui va malheureusement accroître la conductivité thermique de globale de cette menuiserie).
  • Les couleurs de ce type de châssis sont restreintes aux tons pâles, les couleurs foncées trop exposées se déformeraient excessivement.

Les châssis en polyuréthane sont très stables thermiquement mais des contraintes internes importantes nécessitent cependant un soin tout particulier à la réalisation des angles.

Idéalement, pour tous les matériaux utilisés pour la réalisation des châssis, des éléments de protections solaires sont conseillés (dépassants de toiture, balcons,…) car aucun d’eux n’est parfaitement stable face aux fluctuations de température.

L’étanchéité à l’eau et à l’air recommandée

Concernant les châssis, les STS définissent des niveaux de performance d’étanchéité à l’eau (PE2, PE3, PE4, PEE ) et à l’air ( PA2, PA2B, PA3 ) recommandés en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.

Voici un tableau (selon les STS 52) reprenant les valeurs de perméabilité à l’air et d’étanchéité à l’eau recommandées, en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol :

Hauteur par rapport au sol Perméabilité à l’air Étanchéité à l’eau
0 à 10 m

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

 PA2B (1) (3)

PA2B (3)

PA3

PA3

PA3

 PE2 (2)

PE3

PE3

PE4

PEE

(1) Si il n’y a pas d’exigence particulière du point de vue thermique et/ou acoustique, on se contentera d’un niveau PA2.

(2) Si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prendra un châssis de résistance PE3, et on le signalera dans le cahier spécial des charges.

(3) Si on est en présence de locaux avec air conditionné, un niveau PA3 s’avérera nécessaire.

Selon les STS 52 [5] le cahier spécial des charges peut, pour des raisons d’uniformisation ou d’aspect, prescrire le même niveau de performance pour tous les châssis du bâtiment en se basant sur les éléments de construction les plus exposés.

L’effet esthétique recherché

Les châssis des fenêtres contribuent très fortement à l’expression architecturale des façades. Ils se différencient au niveau :

De l’aspect et des couleurs

Le châssis en bois

L’aspect est naturel et chaleureux. De nombreuses variétés de bois peuvent être utilisées offrant une gamme de couleurs très variées.

Techniques

 Pour connaître les couleurs des différents types de bois, cliquez-ici !

Le bois requiert cependant beaucoup d’entretien et les produits de préservation sont parfois appliqués au détriment de l’aspect physique. (Vernis, enduits peuvent modifier les couleurs et l’aspect du bois..).

Le bois offre comme avantage incontestable que les éléments de menuiserie sont faciles à réparer et les rayures peuvent être enlevées par simple ponçage.

Le châssis en PVC

C’est le matériau le plus économique … mais l’aspect artificiel et synthétique est inévitable malgré des modèles possibles en « imitation texture ou teinte bois ».

De nombreux tons sont disponibles mais la gamme est restreinte aux tons pâles en raison de la grande sensibilité du PVC aux fluctuations de température.

Un inconvénient esthétique réside aussi dans le risque de jaunissement de certains châssis au soleil.

De plus, la couleur peut difficilement être modifiée ou retouchée en cas de rayure. En effet, le fait de peindre ces châssis peut modifier leur absorption d’énergie sous le soleil et augmenter les risques de déformation du châssis.

Le châssis en aluminium

L’ aspect peut être soit métallique soit laqué. Il existe une grande diversité de couleurs possibles par laquage. Le matériau est moins sujet aux rayures, qui sont par contre difficiles à enlever.

Le châssis en polyuréthane

Le polyuréthane est très sensible aux rayonnements UV. Il faut le protéger avec une peinture performante qui lui donne un aspect laqué.

Le châssis en acier

Les possibilités de laquage offrent un grand choix de couleurs.

Le châssis composites

Ceux-ci permettent le cumul des avantages de plusieurs matériaux associés (pouvoir isolant, esthétisme des finitions,…).

Formes et dimensions possibles

Le bois et le polyuréthane permettent les formes les plus variées contrairement au PVC et à l’aluminium qui se prêtent moins facilement aux formes courbes et particulières.

Le matériau utilisé pour le châssis détermine également son encombrement. Les profilés en PVC sont plus larges que les profilés en bois, métalliques ou PUR ce qui « alourdi » l’élancement du châssis et influence le rendement lumineux, surtout des petits châssis.

Les châssis en aluminium peuvent présenter un profil fin et plat, des arêtes vives et permettent de réaliser des constructions élevées de par leur grande solidité. Ce type de châssis est souvent associé aux constructions modernes…

Contrainte d’encombrement liée au type d’ouvrant

La largeur des montants du châssis varie d’un type d’ouvrant à l’autre.

Le châssis fixe sera sans conteste le plus mince mais il empêche le plaisir du contact direct avec l’air extérieur…

L’encombrement vers l’intérieur est le plus grand pour les ouvrants à la française et les oscillo-battants.

Par souci d’uniformisation, on peut imposer la largeur maximale à l’ensemble des profilés de châssis de la façade.

Les facilités d’entretien

En fonction du type de matériau

Le bois présente le plus d’inconvénients à ce sujet. En effet, il doit subir un traitement de conservation comprenant une protection et une finition.
Malgré ce traitement, le bois sera toujours sensible aux effets de l’humidité entraînant des risques de pourrissement et de travail excessif du bois. Les menuiseries en bois devront donc, de plus, être entretenues régulièrement par des lasures ou des peintures.

Techniques 

Pour en savoir plus sur les traitements et entretiens des menuiseries en bois, cliquez-ici !

Les autres matériaux ( aluminium, acier, PVC, polyuréthane) nécessitent comme entretien un simple nettoyage au moins annuel. À défaut, la saleté peut s’incruster au point d’empêcher toute rénovation d’aspect.

Le polyuréthane présente comme avantage d’être antistatique et donc de ne pas attirer la poussière.

En fonction du type d’ouvrant

Pour l’entretien, il faut assurer l’accessibilité aux châssis par l’intérieur et par l’extérieur.

Dans le cas d’un châssis fixe, un accès externe doit être possible si le châssis si ne se situe pas au rez-de-chaussée (coursives de services, possibilité de fixer un chariot de nettoyage,…)

En fonction du type d’ouvrant certains châssis sont plus faciles à entretenir que d’autres :

Pivot à axe vertical Pivot à axe horizontal Coulissante
à la française à l’anglaise pivotant simple pivotant à axe horizontal à visière oscillo-battant basculante coulissante guillotine
bon difficile bon

car s’ouvre à 180°

 bon

car s’ouvre à 180°

 difficile bon bon

si s’ouvre à 180°

 difficile difficile

Evaluant les facilités d’entretien selon le type d’ouvrant.

De plus, lorsqu’on dispose d’un châssis ouvrant, il faudra précéder régulièrement au réglage des quincailleries pour assurer une compression suffisante du préformé d’étanchéité.

Le degré de sécurité souhaité

Lors du choix des châssis, on accroît la protection anti-effraction en prévoyant des types d’ouvrants adaptés aux sollicitations, sachant que :

  • Les châssis fixes sont évidemment les plus sûrs en matière d’effraction. Ils ne nécessitent aucune mesure particulière.
  • Les châssis ouvrants offrent des résistances à l’effraction différentes selon le type d’ouvrant.
Pivot à axe vertical Pivot à axe horizontal Coulissante
à la française à l’anglaise pivotant simple pivotant à axe horizontal à visière oscillo-battant basculante coulissante guillotine
bonne mauvaise mauvaise mauvaise mauvaise bonne bonne bonne mauvaise
  • Des profilés de résistance et de rigidité adaptées aux sollicitations, les châssis en acier et aluminium offrent une excellente résistance à l’effraction de par leur solidité.
  • Une fixation au gros œuvre et des parcloses adaptées.
  • Une quincaillerie ralentissant l’effraction. Selon le type de châssis, les dispositifs anti-effraction peuvent être plus ou moins conséquents (poignée verrouillable, protection anti-forage, verrou..). Ce qui a une influence non négligeable sur le prix du châssis.

Remarque : si une grille de ventilation doit être intégrée au châssis, on veillera à ce que son dispositif de sécurité soit d’un degré équivalent au degré de sécurité recherché pour le châssis.

Résistance mécanique et longévité en cas d’usage intensif

Les châssis ne constituent pas un élément porteur de la façade, mais doivent cependant offrir une résistance mécanique suffisante vis-à-vis des contraintes extérieures, telles les pressions causées par le vent, et des déformations des profilés sous leur poids propre.

La résistance mécanique vis-à-vis des contraintes extérieures

Les valeurs de références

Les châssis de tous types sont capables de reprendre des contraintes importantes à condition d’être étudiés pour cela.

Les STS définissent des niveaux de résistance mécanique à atteindre par les châssis en fonction de la hauteur du châssis par rapport au sol.

Ces niveaux doivent être établis au cours de tests réglementés de résistance, réalisés sur un échantillonnage des châssis commandés. S’il s’agit de châssis standards agréés, ces niveaux de performance sont indiqués dans les agréments techniques.

On s’assurera de choisir un châssis atteignant la performance demandée.

Hauteur par rapport au sol Résistance mécanique
0 à 10 m

10 à 18 m

18 à 25 m

25 à 50 m

> 50 m

 PV1 (1)

PV1B

PV2

PV2

PV3

(1) si le bâtiment a une exposition sévère (digue de mer), on prendra un châssis de résistance PV2, et on le signalera dans le cahier spécial des charges.

Résistances mécaniques propres au matériau

Les châssis en aluminium et en acier sont les plus solides, ce qui limite les risques d’apparition de flèche. Ils permettent dès lors de réaliser les profilés les plus élancés. Les châssis en acier offrent aussi une très bonne résistance au feu.
Cependant, ils sont également les plus lourds et sont donc déconseillés en toiture inclinée où le poids propre du châssis est à prendre en compte.

La résistance mécanique du PVC est située entre celle du bois et celle de l’aluminium. Cependant, lorsque les châssis de ce type de châssis sont amenés à fermer de grandes baies, il convient de les rigidifier. Les châssis en PVC de certaines marques peuvent être renforcés par des profils métalliques. D’autres prévoient des renforcements uniquement pour certaines pièces en fonction des sollicitations auxquelles elles sont soumises. La raideur du PVC utilisé (de type A ou B) a une influence sur la nécessité de prévoir des renforcements

L’agrément technique

L’avantage indéniable qu’ont les matériaux synthétiques et métalliques (alu, acier, PVC, polyuréthane) sur le bois est d’être produits en usine, le client peut ainsi obtenir certaines garanties de fabrication établies par un agrément technique, tel l’agrément UBATC, accompagnant le produit. Celui-ci certifiera la qualité des matériaux utilisés et les performances techniques propres au profilé du châssis.
A notre connaissance, dans le cas de châssis en bois, les menuisiers ne disposent pas d’un agrément technique. Le bois fourni peut différer du bois commandé tant il existe d’espèces de bois. De plus, aucune garantie n’existe quant à la qualité du traitement qu’aura subi le bois en atelier. Le choix d’un menuisier compétent et fiable est donc primordial.

Concevoir sans agrément technique

Si le maître d’ouvrage souhaite faire poser des châssis ne disposant pas d’un agrément technique, il a intérêt à confier leur fabrication à une firme connue possédant de bonnes références. Il faut en effet savoir que tant les bois que les matériaux synthétiques peuvent être de qualité très différentes.
Le cahier spécial des charges devra être clair quant aux qualités des matériaux et des performances exigées.

Pour le contrôle des performances, il est prudent de prescrire la réalisation d’un essai de laboratoire agréé (coût 5 000 à 7 000 €), surtout si la menuiserie présente un caractère inhabituel (système d’ouverture spécial, grandes dimensions).

Longévité des châssis

La durée de vie des châssis en bois dépend fortement du soin porté à son entretien. Les produits de traitement du bois sont de plus en plus performants, ce qui en assure la longévité.

L’aluminium ne s’altère pas de façon significative, il ne sera pas sujet à la corrosion ni à des dégradations chimiques.

Les châssis en matière synthétique tels le PVC ou le polyuréthane, semblent bien résister avec le temps mais ne sont utilisés que depuis 35 ans, on ignore encore comment ils vieillissent.
Les châssis en PVC, surtout ceux de couleur foncée, sont sensibles aux ultraviolets. Des déformations du châssis dû au phénomène de dilatation thermique peuvent être la cause de fatigue et de fissuration au sein du châssis. Les châssis en PVC ne se corrodent pas.

Le coût

Pour avoir une rapide idée, voici une fourchette de prix en fonction des matériaux choisis par m² de baie.

Il est évident que d’autres facteurs interviennent dans le prix d’un châssis : sa forme, le type d’ouvrant et de quincaillerie, la pose d’un éventuel dispositif de sécurité, l’accessibilité du chantier, …

Châssis en bois – type de bois
Dark Red Meranti 150 190 €/m² de baie
Merbau 170 230 €/m² de baie
Afzélia 200 300 €/m² de baie
Il faut y rajouter les traitements du bois :
Couche d’imprégnation + 2 couches 12 14 €/m² de baie
Couche supplémentaire 4 5 €/m² de baie

Châssis en PVC
PVC 170 220 €/m² de baie
PVC renforcé 185 240 €/m² de baie

Châssis en polyuréthane (PUR laqué)

 250 320 €/m² de baie

Châssis en aluminium laqué avec coupure thermique

 245 315 €/m² de baie

Pour tous les types de châssis, on ajoutera :

Le coût des joints périphériques entre le châssis et les parois 3.5 5 €/m² de baie

Les fourchettes de prix mentionnées sont données à titre indicatif. Les prix prévoient la fourniture et la mise en œuvre hors TVA. Ils concernent les ouvrages courants.

Découvrez ces exemples de rénovation de châssis : l’Institut Saint-Joseph à Templeuve et le Passage 45 à Charleroi.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Recommandations générales [bureautique]

Recommandations générales [bureautique]

Diminuer la consommation de fonctionnement

      

La première étape est de choisir des équipements qui, à fonctions semblables, consomment le moins possible dans les différents modes de fonctionnement des équipements.

à savoir les modes :

  • « Marche » où l’équipement produit réellement une tâche (impression d’un document, réception d’un fax, lancement d’un programme de calcul, …) et consomme de l’énergie mais pendant un temps relativement court par rapport aux autres modes de fonctionnement.
  • « Prêt » des fax, des imprimantes, des scanner, …, où l’équipement consomme beaucoup d’énergie pendant un long laps de temps sans produire de travail bien précis (élément chauffant maintenu à température par exemple).
  • « Attente » où l’équipement consomme moins d’énergie qu’en mode « prêt ». Cette fonction est en générale propre aux équipements labellisés.
  • « Arrêt » où certains équipements ont toujours leur alimentation sous tension et, par conséquent, consomme aussi de l’énergie (perte à vide des transformateurs par exemple).

Afin d’éviter des dérives importantes de consommation électrique de la part des constructeurs, différents garde-fous ont été mis en place comme les labels de qualité. En faisant labelliser ses équipements (label Energy Star, par exemple), le constructeur garantit une consommation de fonctionnement optimisée selon des critères bien précis exigés par les organismes de labellisation.

On comparera donc les caractéristiques techniques des différents appareils présents sur le marché dans les différents modes de fonctionnement sachant que sur 24 heures :

  • Le mode « marche » est relativement peu actif pour la plupart des équipements (sauf pour les serveurs, les photocopieuses en réseau, …).
  • Les équipements sont souvent en mode « prêt » (ready) ou « attente » (standby) la journée.
  • La nuit, les équipements ne sont pas débranchés (la fiche électrique des appareils reste connectée à la prise d’alimentation).

Indépendamment de toutes ces considérations, il vient tout de suite à l’esprit que la première mesure est, en fin de journée, de carrément débrancher les alimentations électriques des prises de courant après avoir éteint proprement les équipements (shutdown correct) soit en enlevant la fiche de la prise de courant, soit par l’intermédiaire des interrupteurs des blocs multiprises, … En effet, les appareils consomment de l’énergie même lorsqu’ils éteints mais branchés.

Favoriser la mise en veille

Le comportement des utilisateurs vis-à-vis des équipements de bureautique est justifié par la facilité de travail, donc la productivité.

Pour pallier ce fait, ce sont les équipements eux-mêmes qui doivent gérer leur propre fonctionnement. Pour être efficace et non contraignante pour les utilisateurs, cette gestion doit comporter trois étapes principales :

  • En cas de non utilisation prolongée, les équipements doivent automatiquement se mettre dans un mode attente ou veille (standby) caractérisé par une consommation de maintien minimum.
  • Lorsque les appareils sont à nouveau utilisés, leur retour en mode de fonctionnement opérationnel doit s’effectuer en un temps très réduit (de quelques secondes) et ce, sans commande volontaire de la part de l’utilisateur.
  • En dehors des heures d’occupation normales des locaux (ex : nuit, W-E), les équipements doivent être complètement à l’arrêt.

Ce genre d’auto gestion est configuré par défaut sur les appareils labellisés (Energy Star par exemple).

La minute à forte plus-value

En moyenne un poste de travail constitué d’une UC, d’un écran (14 ou 15) consomme 250 kWh/an (459 kVAh/an), ce qui représente un coût de l’ordre de 28,75 €/an. Dans l’environnement Windows 95, 2000, XP, …, pour les ordinateurs, il faut environ 1 minute pour configurer son poste de travail en mode économiseur d’énergie en cas de non-utilisation réelle. Grâce à ce geste il est possible d’économiser 13,8 €/an (c’est un minimum). À ce niveau l’heure de configuration en mode veille rapporte 828 € !

Attention ! il ne faut pas confondre l’économiseur d’énergie avec l’économiseur d’écran !

Éviter les pollutions harmoniques dues aux équipements

Les perturbations harmoniques sont causées par l’introduction sur le réseau de charges non linéaires comme les équipements intégrant de l’électronique de puissance. Plus généralement, tous les équipements incorporant des redresseurs et de l’électroniques de découpage déforment les courants et créent des variations de tension sur le réseau basse tension et dans certaines conditions sur le réseau haute tension (les distributeurs n’aiment pas du tout cela : déclenchement intempestif des équipements, échauffement, …).

Plus la quantité d’équipements à risques de pollution harmoniques sont nombreux plus le risque d’incidents sur le réseau augmente.

Les conséquences peuvent être immédiates sur certains appareils : problèmes de synchronisation, de commutation, disjonctions intempestives. De plus, on augmente le risque de diminuer la durée de vie de certains équipements.

Étant donné l’aspect dynamique du réseau électrique (c’est-à-dire que son impédance évolue en permanence), il n’est pas conseillé d’opter vers des solutions de type filtre passif c’est-à-dire « batteries de condensateurs« . Les orientations techniques les plus souhaitables sont la mise en place sur le réseau perturbé de filtres actifs encore appelés Correcteurs de Facteur de Puissance.
Dans tous les cas, il est vivement conseillé de procéder à une étude approfondie du niveau de pollution harmonique sur son réseau électrique afin de choisir une des solutions les plus appropriées.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Etanchéités

Etanchéités

Par étanchéité, on entend la couche ou l’ensemble des couches rendant la construction étanche à l’eau de pluie, à la neige et à l’eau de fonte des neiges.

On distingue les types d’étanchéités suivants :

Les membranes bitumineuses

La membrane bitumineuse est actuellement l’étanchéité la plus utilisée sur le marché belge (+/- 80 %).

Une membrane bitumineuse est constituée d’une armature enrobée de bitume.

L’étanchéité des toitures plates s’obtient par la pose d’une ou plusieurs membranes bitumineuses superposées dont les lés sont soudés latéralement les uns aux autres et en bouts.

On parlera d’un système « monocouche » lorsqu’une seule épaisseur de membrane est posée, et d’un système « multicouche » lorsque plusieurs membranes, généralement deux (système bicouche), sont superposées.

Le système multicouche offre plus de garanties d’étanchéité que le système monocouche qui nécessite un soin particulier lors de l’exécution et donc une main-d’œuvre spécialisée et une surveillance régulière et exigeante.

On distingue la couche supérieure des éventuelles sous-couches.

La couche supérieure

La couche supérieure (la seule couche dans le cas d’un système monocouche) d’une étanchéité bitumineuse doit résister au vieillissement dû aux rayonnements solaires et aux sollicitations mécaniques et thermiques.

C’est la raison pour laquelle elle sera toujours armée d’un voile de polyester, et le bitume utilisé sera amélioré par addition de polymères qui en augmenteront considérablement les performances. Elle doit posséder un agrément technique avec certification (ATG). Son épaisseur sera d’au moins 4 mm. Les bitumes utilisés sont appelés bitumes améliorés, bitumes polymères ou bitumes modifiés.

Les polymères additionnés peuvent être de deux types :

  • les plastomères (APP, polypropylène atactique) qui mélangés à raison d’environ 30 % donnent au bitume des propriétés plastiques,
  • les élastomères (SBS, styrène-butadiène-styrène) qui mélangés à raison d’environ 12 % donnent au bitume des propriétés élastiques.

D’autres polymères font actuellement leur apparition.

La (les) sous-couche(s) éventuelle(s)

Les matériaux à base de bitume soufflé donnent de bon résultats comme sous-couche ou couche intermédiaire.

Ils peuvent être armés d’un voile de verre, d’une feuille d’aluminium ou d’un voile de polyester.

Types de sous-couches et couches intermédiaires (NIT 215 du CSTC).

Membrane Armature
type Kg/m² ép. mm perforations. type g/m²
VP50/16 1.6 – non V.verre > 50
VP45/30 3 – oui (3 – 6 %) V.verre > 45
VP40/15 1.5 – oui (12 – 18 %) V.verre > 40
V3 3 3 non V.verre > 50
V4 4 4 non V.verre > 50
ALU3 3 3 non Aluminium > 250
P150/16 1.6 – non V.polyester > 150
EP2 1.25 2 non V.polyester > 150
P3 3 3 non V.polyester
P4 4 4 non V.polyester > 150

Les types V3, V4, P3 et P4 peuvent être en bitume oxydé ou en bitume amélioré, APP ou SBS.

Les étanchéités synthétiques

Les matériaux utilisés sont également appelés « hauts polymères ».

Ils se composent principalement de produits de polymérisation d’hydrocarbures insaturés provenant de la pétrochimie.

Ils ont de bonnes caractéristiques mécaniques. Ils résistent bien au froid, à la chaleur, aux produits chimiques et aux influences atmosphériques.

Les étanchéités synthétiques sont posées en une seule épaisseur (système monocouche).

La pose varie selon le produit. C’est pourquoi la plupart des fabricants de membranes synthétiques ne confient la pose de leur système qu’à des entreprises dont ils ont formé les ouvriers. Vu que le système est monocouche, des erreurs au niveau de l’assemblage des lés provoqueraient directement des fuites.

Parmi les 13 sortes de membranes synthétiques reprises ci-dessous, seules, quatre bénéficient d’un agrément technique ATG : le PVC, l’EPDM, le CPE et le PIB. Parmi celles-ci, deux seulement sont utilisées de manière significative, un plastomère : le PVC (12 % du marché belge), et un élastomère : l’EPDM (8 % du marché belge). Il semble cependant que leur utilisation devient plus fréquente, surtout en ce qui concerne l’EPDM.

Les étanchéités synthétiques sont de trois types :

  • les élastomères
  • les élastomères thermoplastiques
  • les plastomères

Les élastomères

IIR Butil  copolymère d’isoprène et d’isobutylène vulcanisé

Couramment appelé BUTIL, d’épaisseur 1.5 et 2 mm, de couleur noire, il a un comportement satisfaisant au feu. Il ne résiste pas très bien aux solvants organiques. Il résiste bien au bitume. Il résiste bien aux influences climatiques, mais il a tendance à se déformer sous l’influence de la chaleur en été. Il résiste de manière satisfaisante au poinçonnement.

Il sera posé en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de colle à chaud à base de bitume et de butyl, ou à l’aide de colle de contact.

La jonction des lés se fait sur chantier à l’aide de « gumtape » et de colle. En atelier la jonction des lés se fait par soudure à chaud et bande adhésive (bâches préassemblées en usine).

EPDM  Copolymère d’éthylène, de propylène et de diène-monomère vulcanisé

Également appelé EPT, d’épaisseur minimale 1.1 mm, de couleur noire ou grise, il est actuellement le plus utilisé des hauts polymères élastomères sous forme de membrane. Aux États-Unis, l’EPDM contrôle un tiers du marché des toitures plates. Il a un comportement peu satisfaisant au feu. Il existe une qualité auto-extinguible qui est un mélange d’élastomères et de retardateurs de flamme. L’EPDM ne résiste pas très bien aux solvants organiques. Il résiste bien au bitume. Il résiste bien aux influences climatiques, mais il a tendance à se déformer sous l’influence de la chaleur en été. Il résiste de manière satisfaisante au poinçonnement. Actuellement, les problèmes de pose et de rejointoiement connus jadis, ont été résolus, et le produit bénéficie d’une grande longévité.

Il sera posé en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de colle à chaud à base de bitume et d’EPDM, à laide de colle de contact, ou à l’aide de bitume lorsque les feuilles sont pourvues d’une couche dorsale constituée d’un voile qui sert à réaliser l’adhérence avec le bitume..

La jonction des lés se fait sur chantier à l’aide de « gumtape » et de colle. En atelier la jonction des lés se fait par soudure à chaud et bande adhésive (bâches préassemblées en usine).

Des membranes EPDM pourvues en leur sous-face d’une couche de bitume SBS existent. Elles peuvent être soudées au chalumeau.

CR  Polychloroprène vulcanisé

Membrane en caoutchouc munie d’une couche dorsale en voile de verre destinée à améliorer l’adhérence de la colle. Elle existe en 1.0, 1.2, 1.5 et 2.0 mm d’épaisseur et est de couleur noire. Elle a un comportement satisfaisant au feu. Sa résistance aux solvants organiques est satisfaisante. Elle résiste bien au bitume. Les données dont on dispose ne permettent pas de donner un jugement sur sa résistance aux influences climatiques. Elle ne résiste pas très bien au poinçonnement.

Elle sera posée en adhérence totale.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume ou à l’aide de colle de contact.

La jonction des lés se fait à l’air chaud + bande de soudure ou à la colle à froid.

CSM  Polyéthylène chlorosulfoné partiellement vulcanisé

La membrane est constituée de polyéthylène chlorosulfoné partiellement vulcanisé calendré sur une armature en polyester, avec possibilité latente de complète vulcanisation. Elles ne deviennent complètement élastomère qu’après la pose des feuilles. Son épaisseur minimale est de 1.2 mm armature comprise. Elle existe en gris, noir, blanc ou beige. Elle est autoextinguible. Elle ne résiste pas très bien aux solvants organiques. Elle ne résiste pas très bien au poinçonnement. Elle résiste bien au bitume. Elle résiste bien aux influences climatiques.

Elle sera posée en adhérence totale ou en pose libre lestée. Elle peut également être fixée mécaniquement.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume, à l’aide de colle de contact ou à l’aide de colle en dispersion.

La jonction des lés se fait à l’air chaud + bande de soudure ou à la colle à froid.

NBR  Caoutchouc nitrile vulcanisé

La membrane est munie d’une couche dorsale en voile de verre. Elle a une épaisseur de 1.1 ou 1.5 mm. Elle est de couleur noire. Elle a un comportement peu satisfaisant au feu. Elle résiste bien aux solvants organiques et aux bitumes. Elle résiste bien aux influences climatiques. Les données dont on dispose ne permettent pas de donner un jugement sur sa résistance au poinçonnement.

Elle sera posée en adhérence totale ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume ou à laide de colle de contact.

La jonction des lés se fait à l’aide de colle à deux composants.

Les élastomères thermoplastiques

TPV Elastomère thermoplastique vulcanisé

Membranes, composées d’un assemblage de polymères élastomères et plastomères vulcanisés. Elles peuvent être teintées dans la masse. Elles ont une épaisseur minimale de 1.1 mm. Elles possèdent une bonne résistance aux rayons UV et aux produits chimiques. Elles présentent une élasticité comparable au caoutchouc.

Il sera posé en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de colle à chaud à base de bitume et d’EPDM, à l’aide de colle à froid, ou par fixation mécanique.

La jonction des lés se fait par soudage thermique.

TPO Polyoléfine thermoplastique

Membranes réalisées à l’aide de copolymères de polypropylène. Elles ne contiennent aucun plastifiant. Elles possèdent une bonne résistance aux rayons UV et aux produits chimiques. Elles ont une épaisseur minimale de 1.2 mm.

Il sera posé en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée.

Les membranes en TPO peuvent être soit fixées mécaniquement, soit être posées en semi-indépendance à l’aide de colle à froid ou de bitume chaud, soit être posées librement et lestées.

La jonction des lés se fait par soudure homogène à l’air chaud.

Les plastomères

PIB  Polymère non vulcanisé de polyisobutylène

Actuellement les membranes PIB sont toujours doublées sur leur face inférieure d’une armature épaisse en feutre de polyester. Elles ont une épaisseur minimale de 1.5 mm. Elles sont de couleur noire. Elles ont un comportement peu satisfaisant au feu et des mesures complémentaires s’imposent. Elles résistent bien aux bitumes, mais pas aux solvants organiques. Elles résistent bien aux influences climatiques. Elles résistent bien au poinçonnement. Le produit existe depuis assez longtemps et a prouvé sa fiabilité.

Elles seront posées en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume ou à l’aide de colle à froid.

La jonction des lés se fait à l’aide de bandes d’étanchéité auto-adhésive, et par soudure par gonflement pour les joints transversaux.

EVA  Copolymère d’acétate de vinyle et d’éthylène non vulcanisé

Les membranes VAE ont une épaisseur minimale de 1.2 mm (couche de feutre non comprise). Elles sont de couleur blanche. Elles ont un comportement peu satisfaisant au feu et des mesures complémentaires s’imposent. Elles résistent bien aux bitumes, mais pas aux solvants organiques. Elles résistent bien aux influences climatiques. Les données dont on dispose ne permettent pas de donner un jugement sur sa résistance au poinçonnement.

Elles seront posées en adhérence totale ou en pose libre lestée.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume ou à l’aide de colle de contact.

La jonction des lés se fait par soudure par gonflement ou par soudure à air chaud.

ECB  Copolymère d’acétate de polyvinyle et d’éthylène non vulcanisé, et bitume

Membrane extrudée d’un mélange homogène d’un copolymère EVA non vulcanisé et de bitume. Il n’y a pas d’armature. La membrane est pourvue d’une couche dorsale en voile de verre ou en polyester destinée à améliorer l’adhérence de la colle. L’épaisseur de la membrane est généralement de 2 mm. Elle est de couleur noire. Elle a un comportement peu satisfaisant au feu et des mesures complémentaires s’imposent. Elle résiste bien aux bitumes, mais pas aux solvants organiques. Elle résiste bien aux influences climatiques. Elle résiste bien au poinçonnement.

Elle sera posée en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée. Elle peut également être fixée mécaniquement.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume.

La jonction des lés se fait par soudure à air chaud.

Lors de la pose, la surface de ce matériau est visqueuse. Cette caractéristique disparaît après quelques semaines d’exposition.

CPE  Polymère de polyéthylène chloré non vulcanisé et exempt de plastifiant

Le CPE est très semblable au PVC. Une différence se trouve dans le fait que le mélange des polymères utilisés est chimiquement extrêmement stable. Il ne subit pas de perte de plastifiant. Il est cependant moins souple que le PVC.

Ces membranes sont soit des membranes simples, soit des membranes composées de deux membranes incorporant ou non une armature en polyester tissé, soit des membranes composées de deux membranes avec un feutre de polyester extérieur. L’épaisseur minimale de la membrane est de 1.2 mm. La face supérieure est de couleur grise. La face inférieure est grise ou noire. Elles ont un comportement satisfaisant au feu. Elles résistent bien aux bitumes et aux solvants organiques. Elles résistent bien aux influences climatiques. Elles résistent bien au poinçonnement lorsqu’elles sont armées.

Elle sera posée en adhérence totale, en adhérence partielle ou en pose libre lestée. Elle peut également être fixée mécaniquement.

L’adhérence au support se fait par collage à l’aide de bitume. Il peut également se faire à la colle de contact lorsque la membrane est pourvue d’un feutre de polyester extérieur.

La jonction des lés se fait toujours par soudure à l’air chaud. Lorsque la membrane est pourvue d’une armature tissée, le joint est mastiqué au moyen d’une pâte à base de CPE.

PVC  Polymère de chlorure de polyvinyle avec plastifiant

La membrane de est de type 1 lorsque le plastifiant est monomère, ou bien de type 2 lorsque le plastifiant est polymère.

Afin d’éviter l’important retrait caractéristique du PVC, on n’utilise que des membranes armées de fibre de verre (sans retrait) ou armée de polyester (avec faible retrait). Les feuilles sont constituées de deux couches entre lesquelles l’armature est calendrée.

Le PVC armé a une épaisseur minimale de 1.2 mm. Le PVC non armé a une épaisseur minimale de 1.5 mm.

Les étanchéités en PVC résistent ou non aux rayonnements UV. En cas d’absence de lestage sur l’étanchéité, il faut placer une membrane résistante aux UV. La composition des membranes et les techniques d’exécution ayant évolué, le PVC est devenu actuellement une étanchéité fiable.

La membrane de type 1 sera généralement grise ou beige. La membrane de type 2 aura des faces inférieures et supérieures de couleurs différentes. Elles ont un comportement satisfaisant au feu. Les membranes de type 2 résistent bien aux bitumes et aux solvants organiques, ce qui n’est pas le cas des membranes de type 1. Elles résistent bien aux influences climatiques lorsqu’elles sont stabilisées aux UV. Elles résistent bien au poinçonnement.

Lorsqu’une membrane en PVC ne résiste pas au bitume, il faut poser une couche de séparation entre le PVC et les matériaux bitumeux.

Les membranes en TPO peuvent être soit fixées mécaniquement, soit être posées en semi-indépendance à l’aide de colle à froid ou de bitume chaud, soit être posées librement et lestées.

La jonction des lés se fait par soudure par gonflement ou par soudure à air chaud. Dans les deux cas, le joint est mastiqué au moyen d’une pâte en PVC.

Les feuilles métalliques

Les feuilles métalliques (zinc, cuivre, ou plomb) peuvent être utilisées en toiture plate et en toiture inclinée.

Illustration feuille métallique.

Feuilles métalliques sur plateforme en bois.

Dans le cas de la toiture plate, les feuilles métalliques sont soudées entre elles. La surface totale de la plate-forme ne peut dépasser 15 m² et la longueur ne peut dépasser 6.75 m à cause des contraintes liées à la dilatation.

La pente de la plate-forme sera obligatoirement comprise entre 1 % et 5 %.

Les feuilles reposent sur un voligeage aéré en sous-face.

Les enduits d’étanchéité

Le système consiste à épandre sur la toiture des résines synthétiques (polyuréthanne, acrylique, polyméthylmétacrylate, polyester, … ) en y incorporant des armatures (textile polyester). On forme ainsi, in situ, une membrane sans raccord.
Suivant le type, l’armature et la finition supérieure, elle peut être non circulable, circulable aux piétons ou circulable aux véhicules légers.
Différents aspects de finition sont possibles (couleur, rugosité, …).

 

Étanchéité liquide armée.

Avantages

  • On évite le problème de jonction entre les lés.
  • L’étanchéité peut épouser la forme de toitures compliquées.
  • Certaines étanchéités ainsi mises en œuvre conviennent comme surface circulable (terrasses circulables).

Inconvénients

  • Ces techniques demandent l’intervention d’un personnel très qualifié.
  • Elles requièrent, pour leur mise en œuvre, des conditions atmosphériques particulièrement favorables.
  • Prix élevé pour des toitures simples.
  • Épaisseur faible de certains systèmes.
  • Résistance limitée aux eaux stagnantes.

Les revêtements épais

L’asphalte coulé est un mélange correctement dosé de bitume en poudre et d’agrégats : asphalte naturel, sable, filler.

Il est appliqué sans compactage en une couche de plusieurs centimètres.

Étanchéité en asphalte coulé.

Le mélange doit être exempt de cavités et de matériaux gélifs.

Ce type d’étanchéité constitue une bonne couche d’usure et de répartition des charges pour la circulation piétonne.

Il ne faut pas confondre l’asphalte coulé avec les enrobés hydrocarbonnés. Ceux-ci contiennent des graviers et des cavités. Ce ne sont pas des revêtements d’étanchéité.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Lampes fluocompactes

Eté 2008 : Brieuc.
22-10-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
22-10-2008 : WinMerge ok – Sylvie
30-03-2009 : Application des nouveaux styles de mise en page. Julien.
11-03- 2013 : actualisation, Didier D et Olivier

Comment fonctionne une lampe fluocompacte ?

Une lampe fluocompacte fonctionne comme un tube fluorescent mais le tube est replié de manière à la rendre plus compacte. On trouve sur le marché des lampes fluocompactes à profusion.

Types et caractéristiques générales

Sur le marché, on retrouve trois grandes familles de lampes fluocompactes :

Les lampes dites « économiques » à culot à visser sont les lampes les plus répandues dans le commerce grand public. Elles ont plus une vocation de lampes de rénovation ou de remplacement de la lampe à incandescence. Ces lampes économiques « PL » ont toute leur électronique incorporée et sont de faible puissance. Certains modèles peuvent être dimmables.

Les lampes fluocompactes à culot à broches (plus professionnelles) sont souvent utilisées dans des luminaires de type « Downlight » équipés d’optiques performantes. Ces lampes PL fonctionnent avec ballast non incorporé. Le ballast peut être électronique dimmable ou pas (4 broches) ou conventionnel (2 broches).

Certains constructeurs innovent en présentant des séries de lampes fluocompactes capables d’équiper les luminaires à lampe halogène. Certains modèles sont dimmables.
Voici un récapitulatif des différents modèles efficaces.

Caractéristiques des lampes fluocompactes à broches

Les avantages des lampes à culot à broches sont

  • Un plus grand choix de température de couleur et d’IRC.
  • La possibilité de conserver le ballast (durée de vie de 30 000 h) lors du remplacement de la lampe (durée de vie de 8 000 h, ou 13 000 h avec ballast électronique).

L’utilisation d’un ballast électronique assure un allumage instantané de la lampe, sans clignotement, ni temps d’échauffement.
Certaines lampes fluocompactes encore plus proches des tubes fluorescents atteignent des durées de vie plus importantes : durée de vie moyenne de 10 000 h ou 16 000 h (avec ballast électronique) et durée de vie utile de 5 000 h ou 8 000 h (ballast électronique).
Ces lampes ont été conçues pour être placées en ligne comme les tubes fluorescents, mais pour avoir un flux lumineux plus important pour un même encombrement.
Ce sont les seules lampes fluocompactes qui existent dans la gamme de classe 1A.

Influence de la température ambiante

Le flux lumineux et l’efficacité lumineuse des lampes fluocompactes chutent très fort avec la température ambiante. À tel point que certaines lampes ne s’allument plus en dessous de 0°C ! Il est donc déconseillé de les utiliser à l’extérieur. Néanmoins les lampes enfermées dans un globe ou à 4 tubes résistent mieux au froid que les lampes à 2 tubes, car la chaleur y est mieux conservée.

Lampes dans un globe, lampes à 3 tubes, lampes à 2 tubes.

Utilisant la même technologie que les tubes fluorescents, leur durée de vie dépend du nombre d’allumages et du ballast utilisé.

Données

pour connaitre les caractéristiques des lampes fluocompactes : cliquez ici !

Données

pour consulter un récapitulatif des caractéristiques des différents types de lampe : cliquez ici !

Fin des lampes inefficaces

Petit à petit les lampes inefficaces sont retirées du marché.
Actuellement, seules les lampes fluocompactes les plus performantes (classes A) sont encore disponibles.

Réglementations

Pour en savoir plus sur les classes énergétiques des lampes : cliquez ici !

Données

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Données

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Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Boîte de détente [ventilation]

Boîte de détente [ventilation]

Principe de fonctionnement

Imaginons que l’on veuille faire passer beaucoup d’air dans une paille, en soufflant. La vitesse de l’air va augmenter. Les forces de frottement aussi. Notre bouche devra donc augmenter le niveau de pression pour y arriver. Et un sifflement va apparaître.

De même, pour diminuer l’encombrement des conduits, on souhaite parfois transporter beaucoup d’air dans de faibles sections. Il faudra que la vitesse augmente. Le ventilateur va augmenter la pression en sortie. Mais il est alors impossible de propulser cet air directement au travers d’une bouche de local, sous peine de créer un sifflement, qui risque d’altérer le confort de travail du personnel.

La boîte de détente est l’élément qui permet de détendre l’air à la sortie d’un réseau de ventilation ou de conditionnement d’air à haute vitesse, avant de le diffuser dans un local.

Schéma principe boîte de détente.

Si en plus, on souhaite moduler les débits en fonction des besoins du local (VAV), on profitera de la boîte de détente comme organe de régulation. La boîte de détente sera alors au débit d’air ce que la vanne thermostatique est au débit d’eau.

Schéma principe boîte de détente - 02.

Détails technologiques

Une boîte de détente en VAV est constituée d’un clapet de réglage avec servomoteur et d’un caisson de détente. Celui-ci est réalisé en tôle d’acier galvanisée, tapissé intérieurement d’un matelas de laine minérale (isolation thermique et acoustique).

Schéma principe boîte de détente en VAV.

Chaque boîte remplit deux fonctions

  • adapter le débit d’air aux besoins,
  • garantir un débit d’air constant.

Malheureusement, la pression n’est pas stable dans le réseau, et à une position donnée du clapet ne correspond pas toujours une même valeur de la vitesse de l’air dans la bouche. Aussi, selon les fabricants, divers systèmes complémentaires sont utilisés pour s’assurer de l’adéquation du débit aux besoins, quelles que soient les variations de pression dans le réseau.

Voici deux exemples :

  • Des soufflets, sensibles à la pression existante dans la conduite, seront « gonflés » ou « déprimés », pour stabiliser le débit.
  • Un capteur de pression dynamique sera inséré, puisque celle-ci est proportionnelle au carré de la vitesse, la vitesse réelle du fluide sera connue. Un actionneur pourra modifier la position du siège du clapet et la consigne de débit sera ajustée.

Les servomoteurs peuvent être actionnés par :

  • de l’électricité (24 V alternatif),
  • de l’air comprimé (source externe),
  • l’air du système lui-même.

Le débit de fuite d’une boîte de détente ne peut excéder 3 % de son débit nominal, réglé sous la pression différentielle maximale admissible de la boîte.

Le réglage de la boîte de détente se fait généralement entre 30 et 100 % du débit nominal. En dessous de 30 %, la distribution de l’air froid ne se fait plus correctement (plus d’effet Coanda) et un risque de courant d’air apparaît.

Il existe des boîte dont on peut annuler le débit (fermeture totale), mais leur coût en est nettement plus élevé et est réservé aux zones occupées de façon intermittente et dans lesquelles le conditionnement d’air peut être arrêté.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Sauteuse électrique

Sauteuse électrique

Principe

Une sauteuse est un matériel analogue à une poêle qui permet de cuire, à grande échelle, les aliments avec de l’huile ou de l’eau.

C’est une cuve cylindrique ou rectangulaire peu profonde, généralement basculante, destinée à la préparation des viandes, etc.

La braiseuse à pression est appréciée pour la cuisine diététique ou d’hôpital.

Description

Une sauteuse comporte :

  • Une cuve, en général rectangulaire, dont la profondeur est de l’ordre de 20 cm.
    Le matériau le plus couramment utilisé est l’acier doux de forte épaisseur (supérieure à 10 mm) qui assure une bonne répartition de chaleur et une bonne planéité de cette surface.
  • Des résistances électriques généralement blindées, plaquées à l’aide de brides sous la surface utile.
    L’ensemble du fond est isolé (isolants thermiques haute température) pour une bonne orientation de la chaleur vers la surface de travail et un rendement optimal de l’appareil.
  • Éventuellement un système pour basculement manuel (volant à vis sans fin ou levier) ou assisté (hydraulique, électrique ou pneumatique).

Il existe deux types de matériels :

  • sauteuse basculante : récupération des aliments aisée, nettoyage facilité, coûts et encombrement plus grand,
  • sauteuse fixe, de préférence avec un robinet d’écoulement.

Les performances des appareils sont définies par :

  • le temps de montée en température,
  • les températures moyennes aux réglages minimal et maximal,
  • la consommation spécifique en kWh/h.

Commande et régulation

L’appareil est équipé d’un doseur d’énergie et d’un limiteur de température.
Le premier permet un réglage continu de 10 à 100 % de la puissance, tandis que le second limite à 220°C la température de surface (garantie d’hygiène).

Ces commandes, d’un accès aisé, peuvent être placées sur l’appareil en face avant ou situées en position murale, à proximité.

Gamme

La puissance est de 0,2 à 0,3 kW par dm2 pour les modèles à résistances (des modèles à induction sont susceptibles d’apparaître sur le marché).

Le modèle le plus courant est celui de 50 dm2 de surface correspondant à une puissance de 10 à 15 kW (résistances).
Autres modèles : 30, 40 et jusqu’à 70 dm2.

À titre indicatif, on peut prévoir :

  • 1 sauteuse de 50 dm2 pour 300 rationnaires,
  • 2 sauteuses de 50 dm2 pour 600 rationnaires,
  • 3 sauteuses de 50 dm2 pour 1 000 rationnaires.

Utilisation

Essentiellement polyvalente grâce à ses caractéristiques techniques (épaisseur du fond et régulation fine), la sauteuse permet une large utilisation : sauté de petites pièces, dorage de pièces plus grosses, pochage, braisage, mais aussi cuisson à l’étouffée, réduction de sauces, maintien en température.

À partir d’une certaine quantité de mets préparés, la sauteuse peut remplacer les tables de cuisson (gain d’énergie, suppression de la batterie de cuisine).

Elle s’utilise aussi en complément des fours à convection forcée (braisage avant cuisson, sauces … ).

Le déglaçage des sauces et le nettoyage de la cuve se font directement par le robinet d’alimentation.
Il faut donc prévoir une amenée d’eau et une conduite d’évacuation des eaux usées.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir le raccord entre le bas du versant isolé et le mur

Concevoir le raccord entre le bas du versant isolé et le mur

Isolation entre chevrons – cas d’une gouttière pendante

Schéma - isolation entre chevrons - gouttière pendante

  1. Sablière.
  2. Pare-vapeur.
  3. Isolant.
  4. Sous-toiture rigide.
  5. Contre-latte.
  6. Lattes.
  7. Couverture.
  8. Planche de rive.
  9. Chevron.
  10. Voliges.
  11. Gouttière.
  12. Finition intérieure.
  13. Latte de pied.
  14. Peigne.
  15. Bande de raccord de la gouttière.
  16. Tuile de pied à bord recourbé.
  17. Crochet.

Continuité de la fonction de la couverture (étanchéité à la pluie)

La couverture a pour objectif d’arrêter l’eau et de l’évacuer vers la gouttière.

Comment placer la gouttière pendante pour éviter les risques d’infiltrations ?

> Des voliges sont fixées entre ou sur les chevrons ou fermettes avec découpes éventuelles de ces derniers. Celles-ci vont servir de support à la gouttière.
Des planches de rive viennent fermer l’espace sous la toiture.

> La gouttière proprement dite prolongée par une bande de raccord est agrafée sur les voliges prévues à cet effet. L’extrémité de la bande de raccord doit se trouver au moins 80 mm plus haut que le côté extérieur de la gouttière.

Remarque : la bande de raccord de gouttière peut être indépendante de la gouttière pour autant qu’il n’existe pas de risque de remontée d’eau.

> Dans le cas de tuiles, la position et l’épaisseur de la première latte en pied de toiture est déterminée en fonction de la position des tuiles de pied :

  • le débordement de ces tuiles par rapport à la gouttière doit être d’environ 1/3 de la largeur de la gouttière;
  • la pente de ces tuiles doit être la même que celle des autres tuiles.

Attention, la bande de raccord de la gouttière et la sous-toiture ne peuvent être perforées lors du clouage de cette latte.

> Une bande métallique ou synthétique (ou peigne plastique) protège la latte de pied contre la pluie et évite la pénétration d’oiseaux ou d’insectes.

  1. Ardoises.
  2. Lattes.
  3. Contre-lattes.
  4. Sous-toiture.
  5. Volige.
  6. Peigne.

> Contrairement aux prescriptions, il n’est en général pas donné de pente aux gouttières pendantes, et ce pour des raisons de pratique et d’esthétique. Cette dérogation n’entraîne, en général, pas de problème en pratique.

Continuité de la fonction de la sous-toiture (évacuation des eaux infiltrées ou condensées)

> La sous-toiture doit aboutir dans la gouttière.

> Le recouvrement minimal entre la sous-toiture et la bande de raccord de la gouttière est de 60 mm en projection verticale

Continuité de l’isolation

La continuité de l’isolation exige une bonne coordination entre les corps de métier.

En effet, dans le cas d’une isolation entre chevrons, l’isolant de toiture est posé après la sous-toiture et la couverture.

Or, la jonction correcte de l’isolant entre le mur et la toiture ne peut être réalisée que par l’extérieur, et la sous-toiture déjà posée condamne l’accès à cette zone.

Aussi, une partie de l’isolant, celle située au-dessus du mur de façade et raccordée à l’isolant de la façade, doit être posée juste avant la pose de la sous-toiture.

Continuité du pare-vapeur et raccord de la finition intérieure de toiture avec celle des murs

Le pare-vapeur doit être correctement raccordé contre la face intérieure du mur de façade. La finition fixée sous le pare-vapeur est raccordée de manière étanche avec la finition intérieure du mur de façade de façon à supprimer tout risque de courant d’air à travers la toiture.

Isolation entre fermettes – cas d’un chéneau et de combles non utilisés

Schéma - isolation entre fermettes - chéneau et de combles non utilisés

  1. Panne sablière.
  2. Volige.
  3. Planche de rive.
  4. Fond de chéneau.
  5. Fermette.
  6. Sous-toiture.
  7. Contre-latte.
  8. Lattes.
  9. Couverture.
  10. Double latte.
  11. Bande métallique ou synthétique.
  12. Porte à faux de la tuile de pied.
  13. Bande de raccord de la gouttière.
  14. Pare-vapeur.
  15. Vide technique.
  16. Finition intérieure.
  17. Echelle de corniche.
  18. Plafond de rive.
  19. Étanchéité du chéneau.
  20. Comble perdu.

Une échelle de corniche en bois mise à plat au-dessus du mur porteur ou de la dalle permet de réaliser le support du chéneau en porte-à-faux. Elle remplace ou supporte la sablière.

Continuité de la fonction de la couverture (étanchéité à la pluie)

La couverture a pour objectif d’arrêter l’eau et de l’évacuer vers la gouttière.

Comment placer la gouttière pour éviter les risques d’infiltrations ?

Des cales posées sur l’échelle vont servir à donner la pente au chéneau.
Des voliges sont fixées entre ou sur les chevrons ou fermettes (avec découpes de ces dernières dans le second cas). Celles-ci vont servir de support à la bande de raccordement du chéneau.
Des planches (planche de rive, plafond de rive + moulure de finition, fond de chéneau, …) viennent former la corniche assurant par la même occasion la fermeture du bâtiment au pied du versant de la toiture.

Le caisson en bois de la corniche est pourvu d’une étanchéité métallique, en plastique rigide ou en matériaux souples d’étanchéité tels que le bitume polymère armé de polyester et/ou de fibre de verre.

De plus, comme dans le cas précédent :

> L’extrémité de la bande de raccordement de la gouttière doit se trouver au moins 80 mm plus haut que le côté extérieur de la gouttière.

> La hauteur de la première pièce de support des éléments de couverture (liteaux, voliges) en pied de toiture, est adaptée de manière à leur conserver la même pente.
Attention, la bande de raccord de la gouttière et la sous-toiture ne peuvent être perforées lors du clouage de cette pièce.

> Dans le cas de tuiles, la position de la première de latte en pied de toiture est déterminée de manière à ce que la tuile de pied déborde au-dessus du chéneau.

> Une bande métallique ou synthétique (ou peigne plastique) protège la latte de pied contre la pluie et évite la pénétration d’oiseaux ou d’insectes.

Continuité de la fonction de la sous toiture (évacuation des eaux infiltrées ou condensées)

Comme dans le cas précédent :

> La sous-toiture doit aboutir dans la gouttière.

> Le recouvrement minimal entre la sous-toiture et la bande de raccord du chéneau est de 60 mm en projection verticale.

Continuité de l’isolation

L’échelle de corniche permet de réaliser une jonction continue entre l’isolation du mur et de la toiture (ici, la dalle des combles).

Continuité du pare-vapeur et raccord de la finition intérieure de toiture avec celle des murs

Le pare-vapeur doit être correctement raccordé contre la face intérieure du mur de façade. La finition fixée sous le pare-vapeur est raccordée de manière étanche avec la finition intérieure du mur de façade de façon à supprimer tout risque de courant d’air à travers la toiture.

Toiture « Sarking » – cas d’une gouttière pendante

Au niveau du raccord, la continuité, de la fonction de la couverture, est assurée de la même manière que pour une toiture traditionnelle (isolée par l’intérieur).

Par contre la continuité des fonctions :

  • de la sous-toiture;
  • de l’isolation thermique;
  • et de l’étanchéité à la vapeur et à l’air,

est spécifique à la toiture « Sarking », vu que le panneau isolant assure, à lui seul, ces différentes fonctions.

Cette technique impose de tenir compte de l’épaisseur supplémentaire apportée par l’isolant.

Schéma - Toiture "Sarking" - gouttière pendante.

  1. Panne sablière.
  2. Chevron ou fermette.
  3. Planche de rive.
  4. Cale de bois.
  5. Panneaux isolants.
  6. Isolant entre chevrons ou fermette.
  7. Sous-toiture éventuelle.
  8. Contre-latte.
  9. Lattes.
  10. Latte plâtrière.
  11. Couverture.
  12. Gouttière.
  13. Bavette indépendante.
  14. Peigne.
  15. Finition intérieure.

Une cale en bois est fixée sur le chevron en bas de versant, celle-ci servira à poser le premier panneau isolant.

Des planches (planches de rive, …) viennent fermer l’espace sous la toiture. La gouttière est fixée dans la planche de rive.

Continuité de la fonction de la sous-toiture

Pour assurer la continuité de la fonction de la sous-toiture des panneaux isolants en bas de versant, une bavette indépendante est engravée dans la partie supérieure du panneau sur une profondeur minimum de 30 mm. Elle est maintenue en place par un joint continu de mastic souple. La bavette est constituée d’un matériau rigide (cuivre, zinc, aluminium).

Continuité de l’isolation

Afin d’assurer la continuité de l’isolation entre celle du mur et celle de la toiture, via la panne sablière, des panneaux d’isolation complémentaires doivent être placés sur la panne sablière, entre les chevrons.

Étanchéité à l’air

Ces panneaux d’isolation complémentaire doivent également assurer l’étanchéité à l’air au niveau de bas de versant. Sinon, des dispositions spéciales sont à prévoir.

Toiture « Sarking » – cas d’un chéneau

Au niveau du raccord, la continuité, de la fonction de la couverture, est assurée de la même manière que pour une toiture traditionnelle (isolée par l’intérieur).

Par contre la continuité des fonctions :

  • de la sous-toiture;
  • de l’isolation thermique;
  • et de l’étanchéité à la vapeur et à l’air,

est spécifique à la toiture « Sarking », vu que le panneau isolant assure, à lui seul, ces différentes fonctions.

Cette technique impose de tenir compte de l’épaisseur supplémentaire apportée par l’isolant.

Schéma - Toiture "Sarking" - cas d'un chéneau.

  1. Mur de parement extérieur.
  2. Mur porteur intérieur.
  3. Isolation.
  4. Ossature corniche.
  5. Panne sablière.
  6. Chevron ou fermette.
  7. Cale de pente.
  8. Fond de chéneau.
  9. Volige.
  10. Panneaux isolants.
  11. Isolant entre chevrons ou fermettes.
  12. Sous-toiture.
  13. Contre-latte.
  14. Latte.
  15. Peigne.
  16. Bavette indépendante.
  17. Couverture.
  18. Planche de rive.
  19. Plafond de rive.
  20. Chéneau.
  21. Finition intérieure.

Une volige est fixée sur le chevron en bas de versant, celle-ci servira à poser le premier panneau isolant.

Continuité de la fonction de la sous-toiture

Pour assurer la continuité de la fonction de la sous-toiture des panneaux isolants en bas de versant, une bavette indépendante est engravée dans la partie supérieure du panneau sur une profondeur minimum de 30 mm. Elle est maintenue en place par un joint continu de mastic souple. La bavette est constituée d’un matériau rigide (cuivre, zinc, aluminium).

Continuité de l’isolation

Afin d’assurer la continuité de l’isolation entre celle du mur et celle de la toiture, via la panne sablière, des panneaux d’isolation complémentaires doivent être placés sur la panne sablière, entre les chevrons.

Étanchéité à l’air

Ces panneaux d’isolation complémentaire doivent également assurer l’étanchéité à l’air au niveau de bas de versant. Sinon, des dispositions spéciales sont à prévoir.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir une cuisine collective

Concevoir une cuisine collective

Dans une cuisine, on élabore de la nourriture. Il s’agit donc de produits qui doivent pouvoir être consommés sans danger; les règles d’hygiène sont inséparables de la fabrication des repas.

Le tracé du plan d’une cuisine collective doit respecter trois règles de base pour satisfaire à des conditions hygiéniques :

Déterminer des secteurs par fonction

En cuisine, certaines activités sont salissantes et d’autres sont soumises à une propreté rigoureuse : il est donc indispensable de prévoir autant d’aires distinctes de travail, qu’il y a de tâches différentes à exécuter. Ces zones de travail doivent être disposées dans un ordre logique et reliées entre elles par des circuits séparés.

On distingue 8 fonctions principales :

  • réception des marchandises,
  • stockage de ces marchandises,
  • préparation des aliments,
  • cuisson,
  • conservation des aliments préparés,
  • distribution,
  • élimination des déchets,
  • lavage de la batterie de cuisine et de la vaisselle sale.

Schéma plan cuisine.

Plan d’une cuisine collective : exemple.

Réaliser des circuits courts

Chaque agent doit effectuer le minimum de déplacements entre les zones de travail et à l’intérieur de ces zones.
Les communications entre les différents secteurs doivent permettre une circulation aisée et rapide.

Tous les appareils, les plans de travail, les outils d’exécution doivent être à portée de main.

Respecter le principe de la marche en avant

Les zones de travail doivent communiquer entre elles en respectant le principe de la marche en avant.

Ce principe concerne le cheminement des produits depuis la zone de réception jusqu’à l’assiette du consommateur. A aucun moment, un produit contaminant ne doit couper un circuit propre.

Cette règle concerne tous les circuits : denrées, déchets, vaisselle propre et sale.

Schéma principe de la marche en avant.

Il importe par exemple que :

  • Les déchets de triage des légumes, de parage des viandes, et les sacs à poubelles ne traversent pas le secteur des préparations froides.
  • Les emballages vides, les déchets de viande ou de légumes soient amenés au local à poubelles, sans pénétrer dans le secteur de préparation en cuisine.
  • En bout de chaîne, pour rejoindre le même local à poubelles, les déchets de salles à manger et de plonge soient acheminés en aval du secteur cuisine sans recouper le secteur distribution.
  • La même précaution soit prise pour le déplacement de la vaisselle propre, qui doit être enlevée du secteur vaisselle par une porte différente de celle par où est introduite la vaisselle sale.

De ceci, découlent trois idées directrices :

  • Élimination des déchets en amont des secteurs de préparation culinaire, en aval du secteur distribution.
  • Convergence des déchets vers un seul local de récupération.
  • Un circuit d’évacuation des déchets ne doit jamais venir croiser un circuit de préparation des aliments.

Pour aboutir au résultat obtenu, il faut considérer tous les éléments de l’ensemble sans exception, y compris les couloirs, dégagements, ascenseurs.

Cette règle facile à énoncer est plus difficile à respecter dans la pratique. Elle est absolument essentielle au plan de l’hygiène.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Entretenir la toiture plate

Entretenir la toiture plate

Cet entretien, sera de préférence pris en charge par l’entrepreneur qui a réalisé l’étanchéité, afin qu’un défaut d’entretien ne puisse être invoqué en cas de demande d’intervention dans le cadre de la garantie décennale.

Il comprend :

Après l’hiver

  • Une inspection générale et une réparation éventuelle touchant à l’apparence de l’étanchéité (plis, affaissement, vieillissement, décollement, …).
  • L’entretien des avaloirs, des tuyaux de descente, de l’éventuelle couche de protection, des solins, des profilés, des joints, etc.
  • La mise en œuvre éventuelle d’une couche de protection supplémentaire aux endroits à circulation intense.

Après la chute des feuilles

  • L’élimination des feuilles mortes.
  • L’enlèvement des mousses, des végétations, des objets étrangers, etc.
  • Pour les toitures lestées, la correction, si nécessaire, du lestage.

Toute circulation inutile sur les toitures sera interdite, ou soumise à des précautions suffisantes pour éviter le percement de l’étanchéité et/ou l’écrasement de l’isolant.

L’appui des outils ou des installations de chantier sur la toiture sera conçu de façon à prévenir tout désordre.

En cas d’accès nécessaires fréquents (pour l’entretien d’installations techniques par exemple), des passages circulables seront aménagés.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique d’une fenêtre

Évaluer l'efficacité énergétique d'une fenêtre

Évaluer le coefficient de transmission thermique d’une fenêtre

D’un point de vue énergétique, les portes et les fenêtres constituent les points sensibles d’un bâtiment.

Dans le cas de bâtiments anciens, les pertes de chaleur au droit des ouvertures se font à travers les vitrages, à travers les châssis, mais aussi au niveau des différents joints (châssis-vitrage, châssis-gros œuvre) et au droit des autres constituants de la baie (seuil, encadrement, caisses à volets, grille de ventilation…).

Leurs performances thermiques dépendent donc également de leur étanchéité à l’air.

Évaluer

 Pour  évaluer l’étanchéité à l’air globale d’un bâtiment y compris l’étanchéité à l’air des châssis.

La réglementation PEB fournit une formule simplifiée permettant d’évaluer l’efficacité énergétique d’une fenêtre en tenant compte de l’efficacité du châssis et du vitrage tout en supposant une bonne étanchéité à l’air.

Données

  Pour connaitre les valeurs caractéristiques standards de différents types de vitrage.

Données

 Pour connaitre les valeurs caractéristiques standards de différents types de châssis :

Évaluer

  Pour évaluer le coefficient de transmission thermique du vitrage Ug.

Évaluer

  Pour évaluer le coefficient de transmission thermique du châssis Uf.

Remarque.
Ces formules sont basées sur l’hypothèse que le vitrage occupe en moyenne 70 à 75 % de la surface de la fenêtre et que l’on a, en moyenne, une longueur de 3 mètres courants d’intercalaire par m² de vitrage.

Pour les fenêtres de toit, les valeurs de calcul Uf tabulées ne peuvent être directement utilisées, car elles ne sont valables que pour des encadrements posés verticalement (avec Rsi=0,13). Pour une fenêtre de toiture faisant un angle compris entre 0° et 60° avec l’horizontale, il y a lieu d’appliquer la correction suivante (Rsi = 0.10).

Uf,r = (1/Uf – 0.03)-1

Où Uf,r est la valeur corrigée de Uf.

Les valeurs du coefficient de transmission thermique U linéaire de l’intercalaire sont fonction du type de châssis et de vitrages.

Le coefficient Ur d’une grille de ventilation (obturable) peut être défini expérimentalement (selon NBN EN 12412-2) ou calculé suivant la NBN EN ISO 10077-2. Il est également possible d’utiliser la valeur par défaut de 6,0 W/m²K pour toutes les grilles.

Le coefficient Ψ peut être déterminé avec précision au départ d’un calcul numérique suivant la NBN EN ISO 10077-2 ou d’un essai selon la NBN EN 12412-2. Si aucune information précise n’est connue, on peut utiliser les valeurs du tableau suivant.

Remarque.
Les calculs du coefficient de transmission U d’une fenêtre sont basés sur une moyenne acceptable dans la pratique. Cependant en théorie, la forme, le type d’ouvrant, les divisions augmentant le périmètre d’intercalaire, modifient le coefficient de transmission thermique de la fenêtre et devraient entrer en ligne de compte…

Dans le tableau ci-dessous, les calculs décrits ci-dessus ont été effectués pour différents types de châssis et de vitrages rencontrés dans les bâtiments existants grâce au fichier Excel.

Châssis Vitrage avec intercalaires isolants
Double vitrage clair Double vitrage peu émissif Triple vitrage peu émissif
Air Air Argon Krypton Krypton
Type de châssis Ug = 2,9 Ug = 1,75 Ug = 1,3 Ug = 1,1 Ug = 0,5
Bois ép. 70 mm Feuillus Uf = 2,08 2,8 2,03 1,71 1,57 1,15
Résineux Uf = 1,78 2,71 1,94 1,62 1,48 1,06
Métallique Sans coupure thermique (1;1) Uf = 5,9 3,83 3,12 2,8 2,66 2,24
Avec coupure thermique 10 mm Uf = 4,19 3,47 2,72 2,41 2,27 1,85
Avec coupure thermique 20 mm Uf = 3,28 3,19 2,45 2,13 1,99 1,57
Avec coupure thermique 30 mm Uf = 2,97 3,10 2,36 2,04 1,90 1,48
PVC avec ou sans renforts métalliques 2 chambres Uf = 2,2 2,84 2,07 1,75 1,61 1,19
3 chambres Uf = 2 2,78 2,01 1,69 1,55 1,13
4 chambres Uf = 1,8 2,72 1,95 1,63 1,49 1,07
5 chambres Uf = 1,6 2,66 1,89 1,57 1,43 1,01
PUR, avec noyau métallique et remplissage de 5 mm de PUR Uf = 2,8 3,02 2,25 1,93 1,79 1,37

Valeur de référence

Une fenêtre est caractérisée par un coefficient de transmission thermique  Uw. Plus ce coefficient est petit plus le vitrage est isolant. La réglementation PEB impose des valeurs  maximales de coefficients thermiques  pour les fenêtres.
Ces valeurs peuvent être vues comme un « garde-fou ». D’autres labels volontaires recommandent d’ailleurs des performances thermiques plus élevées.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la présence de réflexions

Évaluer la présence de réflexions

Les situations à éviter

Reflet des luminaires sur des surfaces brillantes :

Photo réflexions sur le plan de travail.   Photo sur les écrans. Photo réflexions sur les tableaux.

Réflexions sur le plan de travail, sur les écrans ou les instruments et sur les tableaux de présentation.

Un cas concret pour les écoles

Des problèmes risquent d’apparaître si le tableau est brillant (tableau blanc) et si les luminaires de l’éclairage général présentent une luminance importante (tubes nus, globes opalins, ventelles planes, lumière douce, …). Ou si le tableau est brillant et que les luminaires spécifiques au tableau sont trop éloignés de ce dernier.

Schéma cas concret pour les écoles.

Un cas concret pour les bureaux

Schéma cas concret pour les bureaux.

Pour un écran incliné de plus ou moins 15°, le risque de reflet gênant dans l’écran devient important lorsque la luminance du luminaire, sous un angle d’élévation de plus de 65°, est par exemple supérieure à 1000 cd/m² pour des luminances d’écran inférieures à 200 cd/m².

Remarque : Les luminaires à tubes LED peuvent devenir des sources d’éblouissement non négligeables sachant qu’un tube LED est constitué d’une multitude de lampes LED ponctuelles de grande luminance.

Comment évaluer sa situation ?

Le test du miroir

Photo test du miroir.

En plaçant un miroir sur un plan de travail, au niveau d’un tableau ou encore d’un écran d’ordinateur, si un luminaire est visible dans le miroir, il provoquera immanquable une réflexion dans le champ visuel et donc une situation d’inconfort.

Pour remédier à une situation d’inconfort :

Concevoir

 Remplacer complètement les luminaires.

Concevoir

 Modifier l’emplacement des luminaires ou des postes de travail.

Améliorer

 Remplacer uniquement les optiques.

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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Aires de jeu des terrains de sport

Aires de jeu des terrains de sport

La norme européenne EN 12193 sur l’éclairage des installations sportives définit un certain nombre de paramètres :

Dimension du tracé de jeu, de l’aire principale et de l’aire totale de différents terrains

Type de sport

Tracé de jeu, PA et TA

Surfaces

Longueur (m)

Largeur (m)

Badminton

Tracé de jeu
PA
TA (max)

 13,4
18		 6,1
10,5

Basket-ball

Tracé de jeu
PA
TA

 28
32		 15
19

Danse

–

 – –

Escrime

PA
TA(max)

 14
18		 2
5

Football

Tracé de jeu
PA
TA

 30 à 40
44		 18,5 à 20
18,6 à 24

Gymnastique

PA

 32 à 50 22 5 à 25

Handball

Tracé de jeu
PA
TA

 40
44		 20
24

Judo

PA
TA

 10
17		 10
17

Karaté

PA
TA

 8
11		 8
11

Nettball

Tracé de jeu
PA
TA

 30,5
37,5		 15,3
22,5

Tennis de table

Tracé de jeu
PA

 2,74
9		 1,525
4,5

Tennis

Tracé de jeu
PA
TA

 23,77
36		 10,97
18

Volley-ball

Tracé de jeu
PA
TA

 18
24		 9
15

L’aire de référence

Les calculs d’éclairement, et les uniformités qui s’en suivent, devront se faire sur base d’un maillage dont les points d’intersection sont appelés « points de maillage ».

Les calculs se font au centre des mailles appelés « points de calculs ».

L’aire de référence couvre l’ensemble des points de maillage.

On trouve deux façons de définir l’aire de référence :

Soit l’aire principale d’un terrain de sport spécifique, possède un certain nombre fixe de points de calcul, en longueur et en largeur. L’aire de référence correspond alors à l’aire principale.

Voici le nombre de points de calcul selon la norme EN 12193 sur l’éclairage des installations sportives.

Type de sport

Tracé de jeu, PA et TA

Surfaces

Nbre de points de calcul…

Longu. (m)

Larg.(m)

…dans la longueur

Dans la largeur

Badminton

Tracé jeu
PA
TA (max)

 13,4
18		 6,1
10,5		 11
11		 5
7

Basket-ball

Tracé jeu
PA
TA

 28
32		 15
19		 13
15		 7
9

Danse

–

 – – – –

Escrime

PA
TA(max)

 14
18		 2
5		 11
11		 3
3

Football

Tracé jeu
PA
TA

 30 à 40
44		 18,5 à 20
18,6 à 24		 13 à 15
15

Gymnastique

PA

 32 à 50 22,5 à 25 15 à 17 9

Handball

Tracé jeu
PA
TA

 40
44		 20
24		 15
15		 7
9

Judo

PA
TA

 10
17		 10
17		 11
11		 11
11

Karaté

PA
TA

 8
11		 8
11		 9
11		 9
11

Nettball

Tracé jeu
PA
TA

 30,5
37,5		 15,3
22,5		 13
15		 7
9

Tennis de table

Tracé jeu
PA

 2,74
9		 1.525
4.5		 9 3

Tennis

Tracé jeu
PA
TA

 23,77
36		 10,97
18		 15 7

Volley-ball

Tracé jeu
PA
TA

 18
24		 9
15		 13 9

> soit, il existe une distance fixe entre les points de maillage. L’ensemble des mailles couvrent alors une surface plus grande que la PA qui est l’aire de référence.

Schéma points de maillage.

Ces distances fixes sont données par l’Association Générale des Fédérations Internationales de Sports.

Type de sport Distance entre les points de calculs (m)
Badminton 2
Basket-ball 2
Danse 2
Escrime 2
Football 2
Gymnastique 2
Handball 2
Judo 1
Karaté 1
Nettball 2
Tennis de table 2
Tennis 2 (4 pour TPA)
Volley-ball 2

Il faut alors calculer le nombre de points de calcul et les surfaces de références correspondantes

  • Nombre de points de calcul en longueur (ou largeur) =
    (longueur (ou largeur)de la surface/distance entre les points de calcul) arrondi à l’unité supérieure.
  • Longueur (ou largeur) de la surface de référence =
    nombre de points de calcul en longueur (ou en largeur) x distance entre les points de calcul.

Exemple.

Netball : Longueur de la PA/distance entre les points de calcul = 30,5/2 = 15,25

Nombre de points de calcul en longueur sur la PA = 16

Longueur de référence pour la PA = 16 x 2 = 32 m
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Auditer rapidement la climatisation

Caisson de traitement d’air

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité
Si l’apport d’air neuf  est intégré dans le système de climatisation, parcourir les critères repris à l’audit rapide de la ventilation et tout particulièrement le ratio d’air neuf par personne effectif et la régulation de l’air neuf en fonction des besoins. Gérer le débit d’air neuf :

– adapter le niveau d’ouverture des clapets d’air neuf.

– vérifier la fermeture de ceux-ci en dehors des heures d’occupation.

– arrêter l’air neuf en période de relance.

+ + +

Très rentable !
Diminution de 1 000 m³/h = – 1 000 litres de fuel par an pour un fonctionnement 10 h/jour et 5 j/semaine.
En mi-saison, la température de pulsion de l’air neuf hygiénique est-elle limitée à 16°C maximum ?

(Il faut éviter le chauffage de l’air neuf en centrale lorsque certains locaux sont en demande de froid).

(Ce maximum est ramené à 15°C si les bouches de pulsion sont à induction ou à jet hélicoïdal).

 Abaisser la température de pulsion de l’air neuf hygiénique en mi-saison lorsque les locaux sont refroidis.

+ + +

Pulser à 16° au lieu de 21°, par exemple = …20 %… de gain sur le refroidissement.
L’installation fonctionne-t-elle à 100 % d’air  neuf :

– lorsque certaines zones sont en demande de froid et que la température extérieure est inférieure à la température ambiante ?

– durant les nuits d’été pour refroidir la structure du bâtiment et diminuer la demande de refroidissement en journée (free cooling) (si le bâtiment a  une certaine inertie) ?

 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 %).

+ + +

Très rentable !
En mi-saison et en été, le fonctionnement simultané du refroidissement de l’air en centrale, et de la post-chauffe dans certaines zones est-il évité ? Installer un système de refroidissement local dans la zone qui demande du refroidissement lorsque les autres zones sont en demande de chaleur.

+
La gestion de l’humification est-elle optimale :

– la fonction d’humidification est-elle pilotée dans la reprise et non dans la pulsion d’air ?

– si oui, l’humification est-elle limitée à 40 % ?

– si le contrôle se fait dans la pulsion, l’humification est-elle limitée à 35 % ?

– la batterie froide ne peut être commandée spécifiquement pour déshumidifier l’air (pas de contrôle du point de rosée en été) ?

 Améliorer l’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 la régulation par « point de rosée ».

+ + +

Limiter le niveau d’humidification à 40 % HR au lieu de 50 % = gain de …50 %… sur le poste « humidification ».

Unités terminales

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité
Chaque zone thermique homogène a-t-elle une régulation propre (bureaux, couloirs, ateliers, réfectoire, etc…) ?

Si oui, les consignes sont-elles effectivement adaptées à chaque zone ?

L’emplacement des sondes d’ambiance est-il représentatif des besoins ?

(Pas à proximité d’une source chaude ou froide, ni trop près des fenêtres ou de la bouche de ventilation, …)

Adapter l’équipement de régulation pour que chaque zone thermique homogène (bureaux, couloirs, ateliers, réfectoire, etc.) ait une régulation propre.

Remonter la consigne de refroidissement à 25° minimum dans les locaux équipés de plafonds froids.

Déplacer les sondes d’ambiance mal situées.

+ +

Économie de l’ordre de 15 % sur le refroidissement des locaux pour une augmentation de la température de consigne de 1°C.
Les régulations des équipements de chauffage et de refroidissement d’un même local sont-elles synchronisées ?

(Aucun risque de chauffer et de refroidir en même temps ?)

(Existence d’une zone neutre de 3 degrés entre les consignes de chauffage et de refroidissement ?)

 Modifier la régulation du chauffage et de refroidissement (consignes, périodes de fonctionnement,…) pour éviter le fonctionnement simultané des deux équipements dans un même local.

+ + +

Supprimer la destruction d’énergie entre chaud et froid est très rentable.
La consigne de température en été augmente-t-elle avec la température extérieure ? Par exemple, au-delà de 23°C extérieurs, augmenter la consigne de refroidissement de 1°C pour toute augmentation de 2°C de la température extérieure.

+ +

(Dépend du type de régulateur).
Les unités terminales sont-elles arrêtées automatiquement :

– en fonction d’un horaire défini (arrêt la nuit) ?

– en fonction de la présence effective dans le local ?

 Équiper l’installation d’un système de gestion horaire des unités terminales.

Équiper les locaux occupés de façon irrégulière d’un système de gestion des unités terminales par détection de présence.

+
Si les unités terminales sont encastrées en allège ou dans des armoires, l’air pulsé est-il canalisé de façon étanche vers la grille du meuble ?

À défaut, il y aura une recirculation d’air interne…

 Équiper la grille du meuble d’habillage du ventilo-convecteur d’un raccord étanche avec celui-ci.

+

S’il y a recirculation d’air, on risque de travailler à température plus basse dans l’échangeur.
La puissance en froid des ventilo-convecteurs est-elle adaptée ?

(Ou pourrait-on travailler avec de l’eau froide à plus haute température ?).

(Indice d’une puissance installée excessive : la troisième vitesse du ventilo-convecteur n’est jamais utilisée).

 Augmenter la température de consigne de la machine frigorifique, ou installer une vanne mélangeuse entre le départ et le retour de certains circuits afin d’augmenter la température de l’eau sur ceux-ci.

+

L’objectif est de diminuer la déshumidification inutile de l’ambiance.
Les occupants sont-ils sensibilisés à l’utilisation du bâtiment :

– En hiver,  utilisent-ils la régulation (vannes thermostatiques ou commandes des unités terminales) plutôt que d’ouvrir les fenêtres en cas de surchauffe ?

– En été, évitent-ils d’ouvrir les fenêtres lorsque la température extérieure est supérieure à la température ambiante ?

– Évitent-ils d’encombrer les équipements ? (Grilles des ventilo-convecteurs ou radiateurs recouverts, objets encombrants devant les radiateurs,…).

 Sensibiliser les occupants pour qu’ils comprennent mieux leur installation.

+ +

… à terme.

Machines frigorifiques et réseau d’eau glacée

Repérer le problème

Projet à étudier

Rentabilité
Efficacité des condenseurs à air :

L’écart entre la T°condensation et la T°air à l’entrée du condenseur est-il au maximum de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge (et proportionnel à charge réduite) ?

Efficacité des condenseurs à eau :

L’écart entre la T°condensation et la T°eau à la sortie du condenseur est-il au maximum de l’ordre de 6 à 10 K ?

 Abaisser la température de condensation :

  • Dégager l’environnement des condenseurs/tours de refroidissement (alimentation aisée en air frais).
  • Ombrer et/ou entourer d’une surface claire (graviers blancs plutôt que roofing noir) les condenseurs à air.
  • Nettoyer les condenseurs à air au moins tous les ans.

+ +

Diminution de 1° de la T°cond. –> -3 % de consommation de la machine frigorifique.
En été, si le bâtiment a une certaine inertie thermique, favorise-t-on le refroidissement de nuit ?

(Possible si le bâtiment a une certaine inertie thermique).

 En été,  pré-refroidir le bâtiment avant l’occupation pour économiser l’énergie

  • Refroidissement naturel par ouverture de grilles/ fenêtres sécurisées ?
  • Refroidissement mécanique pour profiter du tarif de nuit.

+ … ou …  ++

Suivant les équipements en place.
Si besoin de refroidissement en hiver :

– une installation de free-chilling est-elle présente (= by-pass de la machine frigorifique) pour répondre partiellement à ces besoins ? (particulièrement rentable si présence d’une tour de refroidissement).

– si ces besoins sont limités à un local ou un ensemble déterminé de locaux, sont-ils fournis par un système indépendant ? (qui permet ainsi d’arrêter le système de refroidissement principal pendant l’hiver).

 Équiper la production frigorifique d’une installation de free-chilling (= by-pass de la machine frigorifique) pour répondre partiellement aux besoins d’hiver.

Si les besoins de froid d’hiver sont limités à un local ou un ensemble déterminé de locaux, refroidir ces locaux par un système indépendant (ex: utilisation des splits de secours pour arrêter le système de refroidissement principal pendant l’hiver).

+

Surtout rentable si présence d’eau glacée et tour de refroidissement.

+ +

Très rentable si présence de splits de secours.
La température de l’évaporateur est-elle adaptée aux besoins réels du bâtiment ?

Rem : ce cas ne s’applique pas si besoins permanents et si puissance bien dimensionnée dans une salle informatique par exemple.

 Adapter la température de l’évaporateur aux besoins réels du bâtiment (par exemple, une température de départ plus élevée en hiver qu’en été).

+

Augmentation de 1° de la T°évap. –> -3 % de consommation.
Dans le condenseur à air ou dans la tour de refroidissement, les ventilateurs sont-ils gérés en cascade ou à vitesse variable ? Gérer les ventilateurs du condenseur à air ou de la tour de refroidissement soit en cascade, soit avec de la vitesse variable.

+

Meilleur contrôle de la température de condensation.
Le circuit  hydraulique est-il découpé par zones homogènes ?

(Circuits séparés en fonction de l’orientation et de l’usage des locaux : horaires d’utilisation, température de consigne, etc.).

 Découper le circuit hydraulique en zones homogènes (circuits séparés en fonction de l’orientation et de l’usage des locaux : horaires d’utilisation, température de consigne, etc.).

+

Rentabilité élevée si vannes 2 voies gérées par GTC.
Si pas de besoins de froid en-dehors des heures d’occupation (nuit, week-end) ou en hiver :

– la circulation d’eau glacée dans les canalisations est-elle arrêtée ?

– la production d’eau glacée

Audit complet avec classement des mesures à prendre ?

L’audit d’un bâtiment existant
Pour le Responsable Énergie ouverture d'une nouvelle fenêtre !

Évaluer
Pour l’auditeur (xls)

Calculs
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les débits de ventilation

Choisir les débits de ventilation

Calcul des débits – Généralités

D’une manière générale, il y a deux bilans à faire dans un local :

  1. Un bilan des puissances dégagées par les appareils ou l’occupation spécifique des locaux de la cuisine. Les méthodes à choisir pour calculer ces différents débits correspondant à ce bilan sont données ci-dessous pour chacun des types de locaux.
  2. Un bilan classique des déperditions et apports calorifiques qui comptabilise les puissances dégagées par :
  • les échanges par les parois,
  • les échanges par les baies vitrées,
  • les apports internes (les occupants, l’éclairage, …),
  • etc.

Si d’après ce bilan, il y a un apport significatif en chaleur créant une augmentation de la température ambiante souhaitée, il faudra augmenter l’apport d’air neuf (ces débits ne peuvent donc pas être des débits de transfert) par rapport aux débits de ventilation dont il est question au point 1.

Le local de cuisson

Photo cuisine collective. En Belgique, il n’existe malheureusement pas de norme indiquant les débits de ventilation dans les cuisines collectives.

D’autres part, il existe de nombreuses méthodes de calcul des débits. Ces méthodes donnent des résultats très différents.

De manière à rapprocher les débits à extraire des débits réels nécessaires, nous pensons que les méthodes à appliquer sont celles qui tiennent compte des appareils installés : de leurs types et de leurs puissances. Nous recommandons donc la méthode en fonction de la puissance des appareils pour autant que cette méthode soit adaptée aux appareils actuels. Certains fabricants disposent de tables de calculs correspondant à cette méthode qui tiennent compte, non seulement des appareils de cuisson actuels, mais également de l’efficacité de leur hotte ou plafond filtrant. Cette méthode tient compte de la chaleur (sensible et latente) réellement dégagée par les appareils de cuisson. Elle permet donc de calculer des débits suffisants pour évacuer l’air vicié mais non exagérés par rapport à ce besoin.

Cette méthode considère un facteur de simultanéité et en donne des valeurs forfaitaires selon le cas. Cependant, il est préférable que celui-ci soit choisi en fonction de l’utilisation réelle des appareils de cuisson bien connue par le chef-coq.

Spécificités dans les cuisines avec appareils au gaz

Dans le cas d’une cuisine avec des appareils au gaz, on veillera à respecter au moins les valeurs préconisées par la NBN D51-003. Cette norme a été expliquée dans un dossier technique de l’ARGB. Les débits à respecter sont repris dans la partie qui concerne l’aération.

Il existe également des débits préconisés par le cahier des charges de l’ARGB sur l’aération des grandes cuisines.

Nous avons demandé à l’ARGB si les débits devaient respecter la NBN D51-003 et/ou le cahier des charges de l’ARGB dont il est question ci-dessus, nous n’avons pas eu de réponse de leur part.

La laverie

Photo lave-vaisselle.

Comme pour le local de cuisson, il existe de nombreuses méthodes pour calculer les débits à extraire dans les laveries.

Dans l’absolu, la méthode qui permet le mieux de se rapprocher des débits réellement nécessaires est celle qui tient compte de la chaleur (sensible et latente) dégagée par le lave-vaisselle.

Malheureusement, ces chiffres ne sont pas connus pour les différents types de lave-vaisselle actuels (à panier statique, à déplacement, alimentés en eau froide, alimentés en eau chaude, avec récupérateur de chaleur, avec pompe à chaleur, etc.).

Il y a donc lieu de suivre les recommandations des fabricants.

Influence d’une pompe à chaleur sur les débits d’évacuation :

La pompe à chaleur traite l’ensemble du local en absorbant chaleur et humidité (absolue).
Il reste cependant nécessaire de prévoir une extraction, mais celle-ci peut-être nettement moins importante.

Les locaux annexes

Photo restaurant

Il existe des débits spécifiques pour les locaux annexes. Ces valeurs nous ont été fournies par un fabricant.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques externes aux meubles

Diminuer les charges thermiques externes aux meubles

L’apport des occupants

Est-ce un problème ?

L’homme apporte chaleur sensible (par notre corps à 37°C) et chaleur latente (par notre production de vapeur d’eau en respiration et transpiration).

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En période froide

En hiver, le client déambulant dans un magasin dont l’ambiance est à 21°C, fournit de l’ordre de 115 Watts de chaleur gratuite au local. La valeur de 115 Watts est élevée par rapport au fait, qu’en période froide, les clients viennent de l’extérieur qui est plus froid. En réalité, si l’on veut aller au fond des choses, l’inertie des vêtements fait en sorte que pendant un certain temps les clients ont tendance à :

  • refroidir l’ambiance de la zone de vente plutôt que de la réchauffer;
  • retarder la production d’eau par transpiration.

Par ailleurs, le corps humain disperse aussi théoriquement 110 g/h d’eau dans l’atmosphère. Cet apport d’eau :

  • ne modifie pratiquement pas la température du magasin vu que les déperditions au travers des parois sont importantes en hiver;
  • contribue à humidifier l’ambiance qui parfois peut être sèche en période froide. Toutefois, attention de ne pas condenser cet apport d’eau au niveau des évaporateurs des meubles frigorifiques, des chambres froides, …

En période chaude

Par contre, en été, la vapeur d’eau délivrée augmente (105 gr/h à 26°C) et sera condensée sur la batterie froide de l’évaporateur, par exemple.

La chaleur de condensation correspondante devra être comptabilisée dans le bilan thermique de la machine frigorifique.

Peut-on diminuer ces consommations ?

À vrai dire oui, le seul véritable effet bénéfique qui risque de contenter tout le monde est d’isoler les meubles frigorifiques par des parois ad hoc et de fermer les ouvertures par des portes ou par des systèmes ingénieux comme le montre la figure ci-dessous. C’est vrai qu’il faut rester conscient que les portes, les couvercles, les ventelles, … peuvent représenter un frein à la vente. Néanmoins, via une sensibilisation bien orchestrée, la fermeture des meubles frigorifiques ouverts, le renforcement des isolations des meubles fermés peuvent devenir un outil de marketing important.

Source : magasin Bioshanti Bruxelles.

En période froide

Bien que tout apport de chaleur au meuble frigorifique lui soit néfaste, en période froide et pour un confort correct à sa proximité, l’apport des personnes est bénéfique pour l’installation de chauffage.

En période chaude

En période chaude, il est difficile d’empêcher les gens de transpirer ! Quoique…

Il faudrait suggérer au commerçant qu’il conseille à ses clients une petite sieste salutaire pour diminuer le métabolisme et donc cette coûteuse charge thermique pour l’évaporateur et in fine pour la machine frigorifique  !

L’apport des équipements environnants

Est-ce un problème ?

Toute charge électrique (éclairage, caisse électronique, four de boulangerie, …) dans une zone équipée de meubles frigorifiques est payée plus d’une fois : une fois pour effectuer le travail attendu plus une partie pour évacuer ce travail qui s’est transformé en énergie calorifique.

Exemple.

20 lampes de 60 Watts éclairant des meubles linéaires vont entièrement convertir l’énergie qu’elles utilisent en chaleur. Il faudra donc évacuer partiellement 1 200 W, ou 1,2  kW de chaleur au niveau de l’évaporateur du meuble frigorifique… !

Meubles frigorifiques ouverts

Les apports de chaleur des équipements externes aux meubles se transmettent :

  • par induction continue au travers du rideau d’air (température plus élevée de l’air ambiant);
  • par conduction continue au travers des parois (différence des températures de part et d’autre des parois plus élevées);
  • par radiation directe de la composante infrarouge IR de la source de chaleur.

Meubles frigorifiques fermés

Les apports de chaleur des équipements externes aux meubles se transmettent :

  • par induction lors de l’ouverture des portes
  • par conduction continue au travers des parois pour les meubles frigorifiques fermés.

Production frigorifique

La chaleur transmise par les équipements externes aux meubles frigorifiques doit être évacuée par l’évaporateur. Via le cycle frigorifique de la production de froid cette chaleur se retrouve évacuée à l’extérieur par le condenseur.

Peut-on diminuer ces consommations ?

Dans les magasins existants, on s’arrangera pour :

  • éloigner le plus possible les sources de chaleur pouvant influencer les meubles frigorifiques.
Exemple.

Le classique des classiques est la rôtissoire de poulet que les bouchers disposent à l’extérieur de manière à ne pas réchauffer l’ambiance où se trouvent les comptoirs frigorifiques ouverts.

En période chaude

Cette méthode éprouvée est énergétiquement intéressante puisque, d’une part la source de chaleur est en dehors de la zone climatisée, d’autre part la rôtissoire risque de consommer moins si elle est placée en plein soleil.

En période froide

Par contre, cette méthode est moins intéressante. Idéalement, il faudrait que :

  • la boucherie soit ouverte sur l’extérieur (eh oui ! cela existe toujours, mais rarement) afin de profiter de la température extérieure pour refroidir les comptoirs frigorifiques naturellement;
  • la rôtissoire soit placée dans une partie de la boucherie nécessitant de la chaleur (ce qui est plus dur à trouver) ou du moins que la chaleur soit évacuée vers une partie du commerce en demande de chaud.
  • remplacer les sources d’éclairage à basse efficacité énergétique (incandescence, halogène, …) par des plus efficaces.

Évaluer

 Pour évaluer la qualité de l’éclairage existant et examiner les améliorations possibles.

La rentabilité des interventions sur ces équipements est améliorée par l’économie complémentaire faite sur le coût d’exploitation des installations de froid alimentaire.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Luminance moyenne d’un luminaire

Luminance moyenne d'un luminaire

La luminance moyenne (en cd/m²) d’un luminaire représente sa brillance et quantifie les risques d’éblouissement. Elle est définie en fonction de l’angle de vision du luminaire par rapport à la verticale (angle d’élévation).

Luminaire intérieur, coupe transversale et longitudinale.

Les fournisseurs reprennent ces grandeurs sous forme de tableau ou sous forme d’abaque (dans le plan C90 en trait continu et dans le plan C0 en pointillés). Elles sont données soit pour la totalité du flux lumineux émis par les lampes (en lm), soit ramenés à 1 000 lm. Dans ce dernier cas, il faudra multiplier les valeurs par le flux lumineux des lampes /1 000 pour obtenir les valeurs réelles.

Exemple de fiche technique d’un luminaire :

Exemple de fiche technique d'un luminaire 

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les espaces médicalisés

Principe général

Dans les zones non médicalisées, on se rapproche de la conception des bâtiments classiques du tertiaire tels que les bâtiments ou les plateaux de bureaux administratifs ou médicaux. Dans ces zones la ventilation naturelle peut être envisagée pour autant qu’elle n’interfère pas avec la ventilation mécanique des autres zones (zones administratives intégrées dans des zones médicalisées par exemple).

Configuration la plus courante

Généralement, la ventilation dans les unités d’hospitalisation à risque de contamination faible est une ventilation mécanique à distribution de type horizontale :

  • La prise d’air pour le groupe de traitement peut se faire à l’étage considéré ou en toiture.

  • La distribution est composée d’un réseau de conduits horizontaux placés dans le faux plafond des zones de circulation (faux plafonds du couloir) et distribuant l’air neuf au droit de chaque chambre.

  • La diffusion de l’air neuf à l’intérieur de chaque chambre est alors obtenue par une grille murale placée au niveau de la retombée des faux plafonds des circulations ou de l’entrée.
  • Le transfert d’air entre la chambre et la salle d’eau se fait, soit par un détalonnage des portes, soit par des passages appropriés avec grilles à chevrons ou autre.

Grille de transfert d’air.

  • L’extraction de l’air vicié se fait, via la salle d’eau et le réseau de conduits horizontal, en bout de plateau ou à travers des conduits verticaux en toiture.

Le système à distribution verticale est à éviter dans les unités d’hospitalisation et dans les hôpitaux en général de manière à éviter la biocontamination croisée entre étages dont la spécialité médicale est différente (la pneumologie pourrait-elle partager le même réseau de ventilation que la maternité ?).

© Architecture et climat 2023.

Ventilation double flux verticale.

  1. Air neuf
  2. Air rejeté
  3. Air vicié

Équilibre amenée d’air neuf – évacuation d’air vicié

Les normes de ventilation n’impose pas d’équilibrer les débits d’extraction et d’amenée d’air. C’est cependant le moyen de garantir que les débits d’air neuf prévus soient effectivement introduits dans le bâtiment : l’air ne rentrera pas s’il ne peut sortir !

La norme doit donc être considérée comme une ligne de conduite reprenant les exigences minimales à respecter. Elle ne garantit en aucun cas le débit réel de ventilation du bâtiment.

Dans la mesure du possible, il faut donc essayer d’équilibrer les débits d’amenée et d’évacuation d’air, tout en laissant un léger surplus d’amenée d’air par rapport à l’extraction pour maintenir les chambres en surpression et éliminer les entrées d’air parasites venant du couloir et de l’extérieur.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Bouches de pulsion et d’extraction

Bouches de pulsion et d'extraction

Exemples de bouche de pulsion (de gauche à droite) : diffuseur plafonnier multicône circulaire et carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal, plafonnier perforé, diffuseur linéaire, buse de soufflage, grille murale à double déflecteur, bouche de sol.

Techniques de diffusion

Les bouches regroupent les ouvertures qui, en ventilation mécanique, permettent de diffuser l’air neuf pulsé dans les locaux ou d’en évacuer l’air vicié. Dans les descriptions qui suivent, l’accent est mis sur les bouches de pulsion car se sont elles qui conditionnent en grande partie le confort obtenu dans le local. De plus, la plupart des bouches de pulsion peuvent également fonctionner en extraction.

Il existe deux techniques de diffusion d’air : la diffusion par mélange et la diffusion par déplacement.

Diffusion par mélange

Ce sont les grilles et les diffuseurs. L’air soufflé est mélangé plus ou moins rapidement avec l’air ambiant par induction, pour obtenir une température et une concentration en polluants homogènes dans le local.

      

    

Bouches de pulsion (de gauche à droite) : diffuseur plafonnier multicône carré, diffuseur plafonnier à jet hélicoïdal, plafonnier perforé, diffuseur linéaire, buse de soufflage, grille murale à double déflecteur, bouche de sol.

Avantages

Inconvénients
Grande variété de matériel. Difficulté de brassage en grande hauteur (surtout en chauffage).
Variété de positionnement possible (plafond, murs, sol). Sélection spécifique dans le cas d’un système de climatisation VAV à forte variation de débit.
Dilution de la pollution avant son évacuation.

Diffusion par déplacement

Fonctionnement d’une bouche à déplacement.

Ce sont les bouches à déplacement. L’air froid est soufflé à basse vitesse, s’échauffe au contact de sources chaudes (occupants, matériel informatique, éclairage, …), s’élève entraînant les calories et les polluants et est extrait en partie haute du local.

    

Bouches à déplacement semi-circulaire, encastrable et de contremarche.

Avantages

Inconvénients
Économie d’énergie, surtout dans les locaux de grand volume ou hauteur, puisqu’on ne traite que la zone d’occupation. Permet difficilement le chauffage et ne s’applique à la ventilation hygiénique que dans des cas biens spécifiques (salles d’opération, …)
Bonne évacuation des polluants, sans dilution (industrie, restaurants, …) Intégration architecturale à étudier.
Peu de risques de courant d’air (faible vitesse d’air).
Convient bien au VAV.
Permet de ne pas tenir compte d’une partie des charges liées à l’éclairage (partie convective) dans l’estimation des charges thermiques à évacuer car celles-ci sont directement évacuées en partie haute sans influencer l’ambiance.
Particulièrement silencieux.

Les bouches à déplacement s’appliquent particulièrement bien aux locaux à plafond haut, comportant de nombreuses sources de chaleur (usines, salles de réunion, théâtre, cinéma, hall d’hôtel).

Attention cependant, il est fortement déconseillé d’utiliser ces bouches pour y pulser de l’air chaud. Étant donné, la faible vitesse de l’air, celui-ci montera directement au plafond.

Etude de cas.

Dans un auditoire d’un Institut Supérieur de Liège équipé de bouches à déplacement, les occupants se plaignaient d’un manque permanent de chaleur. Pour diagnostiquer le problème, un fumigène fut placé dans le groupe.

On a constaté que, dès la sortie des bouches (placées en bas de l’auditoire), l’air chaud montait au plafond, sans se mélanger à l’air ambiant. Il passait au-dessus de la tête des occupants avant d’être repris par les bouches d’extraction (en haut de la salle). On image très bien le bonheur du marchand de chaussettes norvégiennes qui a élu domicile en face de l’auditoire …

En fait, on a simplement choisi ici des bouches prévues pour la pulsion d’air froid pour faire du chauffage.

En effet, en mode « refroidissement », l’air frais aurait longé les gradins, se réchauffant au contact des étudiants avant d’être évacué.

Grandeurs caractéristiques d’une bouche

Le débit

Le débit, exprimé en m³/s ou en m³/h dans leur gamme normale d’utilisation. La plage de débit possible d’une bouche en fonction de la différence de pression entre l’amont et l’aval de la bouche (perte de charge de la bouche) est représentée par sa courbe caractéristique (débit-perte de charge).

Exemple d’abaque reprenant la perte de charge [Δpt]  nécessaire en fonction
du débit [q]  désiré et la puissance acoustique [LWA] associée.

Dans le cas de diffuseurs à recyclage interne, il sera précisé quel est le débit réaspiré dans le local et mélangé à l’air arrivant du conduit avant son éjection. Cette donnée permet d’envisager l’emploi d’un air plus froid ou plus chaud utilisé comme air primaire, auquel s’ajoutera l’air secondaire repris dans le local.

La puissance acoustique

Les bouches sont caractérisées par une production de bruit due au passage de l’air. Les catalogues reprennent aussi le niveau de la puissance acoustique LWA(en dB(A)) émise par la bouche dans le local en fonction du débit. En association avec les courbes de puissance acoustique, on retrouve aussi parfois  dans les abaques relatifs aux bouches, le niveau LWNR (Noise Rating) ou LWNC illustrant le niveau de « confort acoustique » de la bouche (LW signifiant « puissance acoustique », il s’agit de la mesure au niveau même de la bouche et non dans le local).

Certaines bouches intègrent aussi une fonction d’insonorisation par rapport aux bruits véhiculés dans les réseaux de distribution.

La direction du jet d’air

Les différentes bouches de pulsion se caractérisent aussi par la direction du jet d’air :

  • Pulsion parallèle au plafond, favorisant l’effet Coanda (grilles, diffuseurs à soufflage horizontal).
  • Pulsion hélicoïdale qui est aussi une pulsion parallèle au plafond, mais favorisant le brassage d’air (diffuseurs hélicoïdaux).
  • Pulsion directionnelle favorisant la pénétration du jet d’air dans le local (bouche à longue portée).
  • Pulsion parallèle au sol pour extraire les polluants au niveau de leur source (diffuseurs à déplacement).

Les grilles de soufflage ou de reprise

En général, les grilles pulsent l’air de façon unidirectionnelle. Elles sont utilisées pour des débits soufflés à faible vitesse car elles se prêtent bien, par leur principe, à la réalisation de bouches de section de passage importante. On distingue :

  • des grilles de distribution d’air à ailettes fixes,
  • des grilles de distribution d’air à ailettes réglables, en un étage. Ces ailettes peuvent n’être réglées qu’une fois pour toutes, avant ou après montage ou, plus rarement, être réglées par les utilisateurs,
  • des grilles à deux étages d’ailettes disposés l’un devant l’autre, dans des directions perpendiculaires afin de pouvoir diriger le jet ou régler la distribution dans n’importe quelle direction,

Grille à deux étages d’ailettes.

  • des grilles montées dans un cadre circulaire, à ailettes éventuellement réglables,
  • des persiennages à volets pivotant sous l’effet d’une surpression.

Les grilles d’amenée d’air sont de type murale (exemple : dans les retombés des faux plafonds), ou de type plafonnier s’il existe des faux plafonds dans le local. Chaque bouche, avec généralement un plénum de détente, est raccordée au circuit de soufflage par un conduit souple en tête duquel est installé un registre de réglage des débits.

Beaucoup de grilles proposées par les constructeurs conviennent aussi bien à la reprise qu’au soufflage, avec des pressions en général légèrement différentes. Certaines sont cependant spécialement prévues pour la reprise. Elles peuvent comporter des volets de réglage, des grillages de protection, des filtres, …

Les diffuseurs

Le principe du diffuseur est de répartir l’air pulsé de façon plus homogène dans le local (diffusion multidirectionnelle). La frontière n’est pas nette entre les grilles et les diffuseurs, car certaines grilles assurent une diffusion et certains diffuseurs dits « linéaires » ont l’aspect d’une grille.

Diffuseurs à jet rectiligne

Photo diffuseurs à jet rectiligne.

Suivant leurs formes, les diffuseurs à jet rectiligne comportent un certain nombre de cônes (ou pyramides) coaxiaux. Les diffuseurs à plusieurs cônes sont parfois prévus pour obtenir une modification du jet par un déplacement relatif de certains cônes.

Géométriquement, on peut les classer en diffuseurs circulaires, carrés, ou linéaires. Tous peuvent être montés en plafonnier. Dans ce cas, ils pulsent généralement l’air parallèlement au plafond par effet Coanda.

Effet Coanda avec un diffuseur plafonnier.

Les diffuseurs linéaires peuvent être montés en paroi ou en allège. On monte parfois en allège des diffuseurs demi-circulaires, ou triangulaires.

Diffuseurs à jet hélicoïdal ou jet torique

Il existe des diffuseurs provoquant un flux d’air hélicoïdal entraînant un mélange rapide entre l’air ambiant et l’air pulsé et donc une homogénéisation des températures : le fort taux d’induction de la bouche réduit la portée du jet d’air tout en permettant des grands taux de renouvellement d’air, avec peu de courant d’air.

Diffuseur hélicoïdal favorisant le mélange rapide entre l’air pulsé et l’air ambiant.

Diffuseurs à recyclage interne

Il existe des diffuseurs à recyclage interne. La disposition des cônes crée un effet d’aspiration par induction de l’air du local qui est mélangé à l’air amené par le conduit : si le rapport de mélange est de 0,5, on peut ainsi souffler dans une ambiance de 20°C de l’air à 15°C obtenus par mélange avec un air primaire arrivant à 10°C ou de l’air à 25°C à partir d’air primaire à 30°C, ce qui permet d’augmenter le débit d’air neuf, par exemple pour réaliser du free cooling diurne, sans créer de différences de températures élevées entre ambiance et soufflage.

Pulsion et extraction combinée

Il est aussi possible de pulser et d’extraire au travers d’un même diffuseur. Certains diffuseurs circulaires sont ainsi prévus pour évacuer dans leur partie centrale l’air repris dans le local et l’envoyer dans un circuit en dépression. Ce système donne une bonne homogénéisation des ambiances et permet de juxtaposer les gaines de pulsion et de reprise.

Schéma principe pulsion et extraction combinée.

Extraction combinée à l’éclairage

L’extraction et l’éclairage peuvent aussi être combinés. L’intérêt de ces systèmes est de capter une partie du dégagement de chaleur (partie convective) de l’éclairage à sa source et de l’évacuer directement.

Luminaire avec extraction intégrée vers un plenum.

Luminaire pour tubes T5 avec extraction sur les bords.

Les bouches à déplacement

Le principe des bouches à déplacement est d’augmenter fortement la surface de diffusion de l’air pour permettre de souffler des débits importants à très faible vitesse sans inconfort dans la zone occupée (tant au niveau des vitesses d’air que de la puissance sonore). Elles sont principalement utilisées dans la pulsion d’air refroidi. Elles fonctionnent mal avec la ventilation purement hygiénique car les débits sont trop faibles et ne fonctionnent pas en chauffage car l’air chaud à basse vitesse monte directement vers le plafond.

Elles sont constituées de panneaux en tôle perforée ou de manchon en matériaux poreux (« chaussette »), placés soit en plafond soit contre les murs.

Manchon poreux permettant une diffusion  d’un débit d’air important à très faible vitesse
(agroalimentaire, salles propres, …) .

Lorsqu’un panneau mural ou une bouche au sol pulse lentement de l’air plus froid que l’air ambiant, cet air neuf va se répartir au sol. Les sources de chaleur (machines, appareils électriques, personnes, …) vont le réchauffer. L’air va alors s’élever et être évacué en partie haute du local, en évacuant avec lui les polluants. La faible vitesse de l’air élimine toute sensation de courant d’air.

Fonctionnement d’une bouche à déplacement.

L’emplacement des bouches par rapport aux sources de chaleur est important. En effet, si de trop nombreuses sources de chaleur se succèdent (bureaux en rangées), les plus éloignées de la bouche risquent de ne pas profiter de l’air frais.

Les diffuseurs à déplacement sont aussi utilisés dans le cas de ventilation dite « à flux laminaire ». Dans ce cas, ils prennent la forme de plafond ou de panneau soufflant spécialement conçus pour les applications de diffusion à basses vitesses, inférieures à 0,6 m/s (certains ateliers, laboratoires, hôpitaux).

La faible vitesse de soufflage de ces diffuseurs engendre un flux sans turbulence et donc limite fort le mélange entre l’air neuf et l’air ambiant environnant. Une barrière dynamique de protection est ainsi créée entre la zone ventilée et son environnement.

Flux laminaire dans une salle d’opération :  pulsion verticale à faible vitesse au dessus de la table d’opération

Flux laminaire au passage d’un scialytique
dans une salle d’opération.

Les différents plafonds soufflants se distinguent par leur vitesse de soufflage (inférieure à 0,1 m/s, entre 0,18 et 0,25 m/s, entre 0,3 et 0,6 m/s), par le débit d’air traité, par l’uniformité et la stabilité du flux, par la présence en périphérie du plafond soufflant d’un rideau d’air complémentaire permettant d’augmenter l’effet de barrière dynamique.

Les panneaux en tôle perforée peuvent également convenir pour la reprise. Il faut être attentif à leur facilité de nettoyage, principalement s’ils sont de couleur claire.

Etude de cas.

Dans un auditoire d’un Institut Supérieur de Liège équipé de bouches à déplacement, les occupants se plaignaient d’un manque permanent de chaleur. Pour diagnostiquer le problème, un fumigène fut placé dans le groupe.

On a constaté que, dès la sortie des bouches (placées en bas de l’auditoire), l’air chaud montait au plafond, sans se mélanger à l’air ambiant. Il passait au-dessus de la tête des occupants avant d’être repris par les bouches d’extraction (en haut de la salle). On image très bien le bonheur du marchand de chaussettes norvégiennes qui a élu domicile en face de l’auditoire …

En fait, on a simplement choisi ici des bouches prévues pour la pulsion d’air froid pour faire du chauffage.

En effet, en mode « refroidissement », l’air frais aurait longé les gradins, se réchauffant au contact des étudiants avant d’être évacué.

Les fentes de diffusion

Phot fentes de diffusion.

Alors que les grilles les plus allongées ont un rapport longueur/hauteur inférieur à 10, il existe des diffuseurs étroits et longs conçus pour souffler une lame d’air très mince pouvant même être parallèle à la surface sur laquelle ils sont posés. Une application type de ces fentes de soufflage est la pulsion le long de vitrages pour éviter des condensations en hiver : la vitesse d’éjection choisie fixe la perte de charge. Si elle est de 8 m/s, elle sera de 40 Pa environ si l’entrée dans la fente est correctement dessinée.

Ce type de bouche convient aussi pour la reprise.

Les bouches orientables à vitesse de soufflage élevée

Photo bouches orientables à vitesse de soufflage élevée.

Buse de soufflage à longue portée.

Les mouvements d’air sont créés par des jets de faible diamètre soufflant à des vitesses comprises entre de 10 et 20 m/s. La grande vitesse de pulsion induit un brassage important entre l’air ambiant et l’air pulsé, ce qui homogénise rapidement les températures. On utilise ces bouches dans les grands halls quand la distance entre le diffuseur et la zone de travail est grande (atrium, halls de sport, de stockage, …). Le fait que le jet soit orientable permet en outre de les prévoir dans des installations complexes où il est difficile de préjuger des mouvements d’air. En général, il faut éviter la position verticale. En effet, en pulsion froide, cela risque de provoquer une chute d’air froid et en pulsion chaude, le jet risque d’être freiné. Une position proche de l’horizontale est généralement conseillée, tout en tenant compte que la différence de température entre l’air soufflé et l’air ambiant dévient le jet soit vers le haut (air chaud), soit vers le bas (air froid).

Leurs débits s’échelonnent de 80 à 3 000 m³/h sous des pressions statiques de 50 à 200 PA pour des diamètres d’orifice de 100 à 400 mm.

Il existe également des manchons souples perforés dont chaque trou fait office d’une buse à haute vitesse et donc forte induction.

Photo manchons souples perforés.

Manchon perforé permettant la pulsion d’un débit d’air important  à très haute vitesse (chaque trou sert de buse de soufflage).
La vitesse élevée de sortie assure un mélange rapide  avec l’air ambiant par induction (ventilation des grands halls).

Les systèmes de réglage

Ajustage manuel au montage

Certaines bouches possèdent des persiennes ou volets réglables par déformation ou pivotement pour ajuster les débits en intensité et direction, mais ne possèdent pas de commande extérieure de ce réglage.

Lorsque le réglage direct de la bouche n’est pas possible, il existe aussi des bouches combinées à un registre placé en amont qui permet un ajustement des débits.

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Registre réglable disposé en amont d’un diffuseur.
Le réglage du registre est accessible au travers du diffuseur.

Réglage par commande manuelle en cours de fonctionnement

La bouche peut comporter un levier ou un bouton modifiant la perte de charge par action sur des volets. La commande peut être séparée de la bouche et agir à distance par câble ou par commande électrique. Les volets réglables sont parfois montés dans le plénum ou le conduit alimentant la bouche.

Dans un ensemble tertiaire, il n’est cependant pas souhaitable que l’utilisateur puisse changer le débit de la bouche de son local. En effet, il risque de dérégler tous les débits de l’installation, phénomène que l’on rencontre lorsque l’on régule les débits de ventilation en fonction de la demande dans un système de ventilation multizone.

Les bouches automatiques

La gestion des débits de ventilation en fonction des besoins locaux demande l’utilisation soit de registres motorisés à l’entrée de chaque local, soit de bouches permettant un réglage en fonction d’une grandeur représentative (sous le contrôle d’un détecteur de présence, d’un thermostat, d’un hygrostat ou d’une horloge).

On peut répertorier 4 types de bouches (aussi bien en extraction qu’en pulsion) :

  • Les bouches régulées en tout ou rien
  • Les bouches évaluant le nombre de présences
  • Les bouches hygroréglables
  • Les bouches autoréglables

Les bouches régulées en tout ou rien

Certaines bouches intègrent directement un registre motorisé. Celui-ci peut être commandé en tout ou rien au départ d’une sonde de présence ou tout autre capteur représentatif des besoins de ventilation (signal 0-10 V).

Photo bouche avec détecteur infrarouge.

Certaines bouches possèdent directement leur propre détecteur infrarouge.

Il est également possible de régler manuellement le débit de la bouche en position ouverte, en fonction du nombre de personnes moyen se trouvant généralement dans le local

 Les bouches évaluant le nombre de présences

Photo bouches avec compteur de présences.

Il existe des bouches intégrant un comptage du nombre de personnes présentes dans un local.

détecteur infrarouge compte le nombre de mouvements dans une pièce : chaque fois qu’une personne passe d’un segment de détection à un autre, le système comptabilise un mouvement. Le programme interne de l’appareil convertit ce nombre de mouvements en nombre de personnes et donc en débit d’air à fournir. Des repères disposés sur la face de la bouche indiquent le débit fourni par l’appareil.

 Les bouches hygroréglables

Photo bouches hygroréglables.

Les bouches hygroréglables possèdent un volet mobile dont l’ouverture est commandée par un élément sensible au taux d’humidité ambiant (tresse en nylon). La variation de débit est ainsi proportionnelle à l’humidité ambiante. Ces bouches s’utilisent donc principalement pour l’extraction dans les locaux humides tels que toilettes, salle de bain ou cuisine.

Certaines bouches possèdent également une commande (électrique ou mécanique) court-circuitant l’élément hygroréglable et permettant un débit de pointe durant une période minutée.

Cette technologie est également appliquée dans des grilles d’amenée d’air naturelle.

 Les bouches autoréglables

Photo bouches autoréglables.

Lorsque, dans un système de ventilation mécanique, il est possible de faire varier l’ouverture des bouches en fonction des besoins, des variations de pression et de débit apparaissent inévitablement au niveau des bouches restées ouvertes.

Pour éviter l’augmentation de débit et donc de bruit avec l’augmentation de pression, il existe des bouches autoréglables. Elles contiennent une membrane souple disposée dans le flux d’air qui ajuste automatiquement l’ouverture en fonction de la vitesse de l’air : lorsque la pression dans les conduits augmente, la membrane se gonfle. Elle réduit ainsi la section de la bouche et maintient le débit nominal.

Fonctionnement de la membrane de régulation
en fonction de la pression dans le conduit de distribution.

Le débit pulsé ou repris par ces bouches reste ainsi constant sur une large plage de pression.

Débit d’air fourni par une bouche autoréglable
en fonction de la pression.

La membrane de régulation peut aussi être insérée dans le conduit en amont de la bouche.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer l’origine de la sensation de froid

Repérer l'origine de la sensation de froid

Règles de base de la recherche

Évaluer l’origine de ce problème n’est pas simple. Cela demande de recouper diverses informations comme :

  • les plaintes des occupants,
  • les moments d’apparition du problème,
  • les conditions climatiques correspondantes,
  • des mesures locales de l’ambiance thermique,
  • les indications des sondes de l’installation.

La confrontation de ces informations permet de circonscrire le problème sur base de trois hypothèses :

  • la régulation de la fourniture de chaleur n’est pas adaptée aux besoins,
  • la distribution hydraulique vers les locaux est mal équilibrée ou est à l’origine d’interférence entre les circuits,
  • la puissance locale ou totale est insuffisante.

Notons que l’ordre de présentation de ces trois phénomènes reflète dans la plupart des cas, l’ordre d’approche du problème lorsqu’un inconfort est ressenti.

Il existe deux règles de base à l’analyse et à la résolution de l’inconfort :

  1. Un schéma détaillé de l’installation doit exister ou être dressé (comme pour « l’évaluation de l’efficacité énergétique de la régulation« ).
  2. Une seule personne doit être habilitée à intervenir sur les réglages centraux de l’installation et un carnet de notes collationnera les modifications apportées pour en garder le fil conducteur.

Méthode et rigueur. Voici un moyen parmi d’autres de circonscrire l’inconfort.

Pistes de recherche

Le tableau suivant permet d’orienter les recherches, en fonction du lieu et du moment où apparaît l’inconfort.

Légende : P = production, D = distribution, E = émission, R = régulation
Moment Lieu Dans tout le bâtiment Dans une zone spécifique du bâtiment Dans un local particulier À un endroit particulier du corps
Le matin à la relance P1, P2
D2
R2, R3		 D1, D2
R2, R3		 D1
E1, E2, E3
R5		 –
Lors d’un changement brutal de temps (ex : apparition/disparition du soleil) R2, R3, R4 R3, R4 – –
Par grand froid P1, P2
D2
R1		 D1, D2
R1		 D1
E1, E2, E3
R5		 E4
En tout temps (surtout en mi-saison) D2 D2 – –
Progressivement dans le temps ou apparition récente P2 D1 D1
E3		 –

Manque de chaleur lié à la production de chaleur

  • P1 : puissance des chaudières insuffisante
  • P2 : encrassement de la chaudière

Manque de chaleur lié à la distribution de chaleur

  • D1 : déséquilibrage hydraulique
  • D2 : incompatibilité des débits entre les circuits de distribution

Manque de chaleur lié à l’émission de chaleur

  • E1 : entraves à l’émission de chaleur
  • E2 : mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs
  • E3 : sous-dimensionnement des émetteurs (radiateurs)
  • E4 : parois extérieures froides non compensées

Manque de chaleur lié à la régulation

  • R1 : mauvais choix de la courbe de chauffe
  • R2 : mauvais paramètres de relance
  • R3 : mauvais emplacement des sondes extérieures ou intérieures
  • R4 : absence de sonde de compensation
  • R5 : mauvaise disposition des vannes thermostatiques

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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Comprendre la sensation de froid liée aux corps de chauffe

Comprendre la sensation de froid liée aux corps de chauffe

Entraves à l’émission de chaleur

Désordres

Tout ce qui fait obstacle au transfert de chaleur entre le radiateur et le local rendra difficile le maintien de températures acceptables :

  • Un meuble, un rideau ou des objets quelconques (livres, …) peuvent nuire à la circulation naturelle de l’air autour de l’élément chauffant.
  • Les radiateurs peuvent être cachés par une boite décorative n’offrant pas assez d’ouvertures pour le passage de l’air. Il arrive aussi que le dessus de la boite soit obstrué par divers objets.
  • Le registre d’un convecteur peut être en position fermée.

Solutions

  • On enlève ce qui nuit à la libre circulation de l’air. Dans le cas des boites de recouvrement, celles-ci doivent être munies d’un maximum d’ouvertures surtout au bas et sur le dessus; elles ne doivent pas servir de tablettes.
  • En période froide, les registres des convecteurs doivent être ouverts au maximum. Il serait utile d’en expliquer le fonctionnement à l’occupant.

L’émission d’un radiateur ne sera guère altérée si les niches respectent les dimensions minimales suivantes :

Dimension minimales à respecter pour les cache-radiateurs :
3 [cm] < a1 < 5 [cm]
a2 > 2 [cm]
10 [cm] < b1 = c1
b2 = c3 = p et
6 [cm] < b2 = c3 = p < 12 [cm]
c2 = h

Mauvaise circulation de l’eau dans les émetteurs

Désordres

  • La vanne d’admission de l’eau chaude peut être fermée et même bloquée dans cette position. Le corps de chauffe est alors complètement froid, alors que la conduite d’alimentation sur laquelle il est raccordé est chaude.
  • De l’air peut s’être accumulé dans l’élément chauffant et empêche l’eau d’y circuler librement. Cela se caractérise par des bruits d’écoulement dans les radiateurs et par une répartition inégale des températures sur sa surface : un radiateur sera froid dans sa partie supérieure et chaud dans sa partie inférieure.

Schéma sur mauvaise circulation de l'eau dans les émetteurs.

Solutions

  • Si une vanne d’admission (manuelle ou automatique) est fermée, il faut l’ouvrir et en expliquer le fonctionnement à l’utilisateur. Si la vanne d’admission d’eau est brisée ou difficile à utiliser, il est préférable de la remplacer.
  • On purge les éléments chauffants de l’air qu’ils contiennent. Attention cependant, si de l’air est présent dans de nombreux émetteurs, purger implique de compenser l’air évacué par un ajout d’eau pour maintenir une pression correcte. Si la présence d’air est un problème récurrent de l’installation, il faut absolument en chercher la cause et y remédier. En effet la présence d’air et l’ajout systématique d’eau (agressive car contenant de l’oxygène) est source de corrosion interne pour l’ensemble de l’installation.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur les causes de présence d’air dans une installation, cliquez ici !

Un sous-dimensionnement des émetteurs

Lorsque les émetteurs ont été dimensionnés suivant la même règle (par ailleurs erronée) des « W/m³ », il est possible que les émetteurs des locaux comprenant plus de parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur soient sous-dimensionnés.

Indice : température d’entrée et de sortie de l’émetteur

Si les températures d’entrée et de sortie des émetteurs du local incriminé (température d’eau que l’on peut mesurer sur les tuyaux au moyen d’un thermomètre de contact ou un thermomètre infra rouge) sont identiques que celles des émetteurs des autres locaux sans problème, alors il y a de fortes chances que l’on soit en présence d’un sous-dimensionnement des émetteurs. Attention cette mesure doit se faire avec toutes les vannes ouvertes (thermostatiques ou manuelles).

  

Mesure de la température d’entrée et de sortie d’un radiateur.

Si l’écart de température est nettement plus grand, cela indique plutôt un manque de débit (déséquilibre). Si l’écart est nettement plus petit, c’est du côté de la présence d’air dans l’émetteur  qu’il faudra regarder.

Vérification de la puissance installée

Si on connaît la puissance nominale des radiateurs installés, on peut comparer celle-ci aux déperditions du local.

La meilleure solution est de recalculer ces déperditions suivant la norme NBN B62-003 et de comparer les résultats à la puissance installée.

Calculs

 Pour évaluer la puissance de radiateurs existants

Calculs

  Pour estimer les déperditions d’un local

Ces déperditions sont en fait les pertes de chaleur maximales au travers des parois (murs, plafond, plancher) en contact avec l’extérieur ou des locaux non chauffés auxquelles on ajoute les pertes par ventilation.

Attention aux mauvaises solutions

Si l’inconfort dans un local provient d’un manque de puissance des émetteurs. La seule solution est de remplacer le radiateur.

Il est peu utile et même dangereux d’augmenter le débit du circulateur dans l’espoir d’augmenter la puissance d’un radiateur. En effet, si le radiateur fonctionne déjà à sa puissance nominale, une augmentation de débit dans celui-ci n’augmentera la puissance que de façon minime (une augmentation de débit de 150 % n’entraîne qu’une augmentation de puissance de 7-8 %).

Émission d’un radiateur [en % de la puissance nominale], en fonction du débit [en % du débit nominal] lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale.

Par contre ceci risque de déséquilibrer l’installation et entraîner une diminution de débit et de puissance plus importante chez d’autres utilisateurs, ce qui peut s’accompagner de nouvelles plaintes.

La présence d’une paroi froide non compensée

La présence de parois froides dans un local sera source d’inconfort pour l’occupant, principalement par grands froids. Cet effet peut être marqué pour les places de travail situées près de simples vitrages, d’un mur non isolé, …

C’est pour compenser cet effet que l’on place généralement les émetteurs devant les murs extérieurs et en allège de fenêtre.

Si le manque de chaleur est accompagné de fluctuations de température

Les ventilo-convecteurs très peu inertes chauffent l’ambiance uniquement par convection.
Chaque demande de chauffage (généralement commandée par un thermostat d’ambiance placé dans le local) entraîne une montée en température très rapide de l’air ambiant. Inversement, la chute de la température sera rapide dès la commande d’arrêt du thermostat.

Cette situation conduit à des fluctuations de température (alternance de périodes fort chaudes et fort froides) qui sont d’autant plus importantes que :

  • la puissance de l’émetteur est surdimensionnée par rapport aux besoins réels (puissance à vérifier donc),
  • le différentiel du thermostat (différence de température commandant l’enclenchement et le déclenchement de l’appareil) est grand.

 

Évolution dans le temps de la température intérieure en fonction du différentiel de température du thermostat et du degré de surdimensionnement des émetteurs.

Un première amélioration peut ainsi consister en la diminution de la vitesse du ventilateur, ce qui aura pour effet de diminuer la puissance émise.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Réparer le pare-vapeur

Réparer le pare-vapeur

Sauf dans certains cas, le pare-vapeur n’est plus visible lorsque le bâtiment est achevé.

S’il est visible, il est facile d’apprécier son état et de le réparer en cas désordre.

Lorsque le pare-vapeur n’est pas visible, c’est l’humidité excessive dans les différentes couches de la couverture qui sera le symptôme principal d’une défectuosité ou d’une mauvaise qualité de celui-ci. Cette humidité peut entraîner des coulées qui permettront d’établir un diagnostic. En cas de doute des sondages à travers la toiture seront nécessaires.

Théories

 Pour en savoir plus sur la condensation interne.

Dans le cas d’une toiture chaude, toutes les couches constituant la toiture doivent être enlevées jusqu’au support et remplacées.

Dans le cas d’une isolation par l’intérieur, il fautr démonter les finitions, enlever le pare-vapeur, enlever l’isolant mouillé et vérifier le support.

Les supports en bois doivent être traités de façon curative et préventive contre les insectes et les champignons.

La protection des supports métalliques contre la corrosion, doit être vérifiée et restaurée si nécessaire.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Luminance moyenne de différentes lampes

Luminance moyenne de différentes lampes

La luminance moyenne d’une lampe est fonction de son flux lumineux et de sa surface apparente. Les valeurs données ci-dessous sont des ordres de grandeur. Elles varient entre autre en fonction de la forme, de la puissance, du type de verre (clair ou opalin), ….

  • plus son flux lumineux est élevé, plus sa luminance augmente,
  • plus sa surface apparente (surface vue) est petite, plus sa luminance augmente.

Grandeurs caractéristiques

Soleil au zénith : de l’ordre de 1 000 000 000 cd/m².

Ciel clair : de 1 000 à 20 000 cd/m².

Lampes  fluorescentes

Tube fluorescent / T8 (Ø : 26 mm)
Photo tube fluorescent. ⇒ ± 10 000 à 15 000 (cd/m²)

Tube fluorescent / T5 (Ø : 16 mm)
Photo tube fluorescent. ⇒ ± 17 000 à 33 000 (cd/m²)

Lampes fluocompacte
Photo lampe fluocompacte. ⇒ ± 20 000 à 70 000 (cd/m²)

Lampes  au sodium haute pression

Photo lampes  au sodium haute pression.

⇒ De l’ordre de 300 000 (cd/m²).

Lampe aux iodures métalliques

Photo lampe aux iodures métalliques. Photo lampe aux iodures métalliques.

⇒ Entre 200 000 et 500 000 (cd/m²) ….
Voire plus suivant la puissance et quelles soient clair ou opaline.

Lampes  au mercure haute pression

Photo lampe  au mercure haute pression.

⇒  ± de l’ordre de 120 000 (cd/m²).

Lampes  halogènes

Photo lampe  halogène.Photo lampe  halogène.

⇒  9 000 à 480 000 (cd/m²)
Voire plus suivant la puissance et quelles soient clair ou opaline.

Sources  LED

Photo source  LED.

⇒ La luminance peut monter à plus de 30 000 000 cd/m²
pour des LED de puissance élevée et nues.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer une climatisation « tout air » à débit constant

Diminution du débit d’air neuf

Moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence des occupants et/ou de la température de l’air extérieur

Si le système dispose d’un recyclage de l’air extrait, il est possible de commander l’ouverture du registre d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants : sonde de présence, sonde CO2, sonde de qualité d’air, … Le poste « chauffage de l’air neuf » étant le premier poste en terme de consommation de l’installation, on imagine les économies substantielles possibles.

Cette sonde peut également être placée dans la reprise pour bénéficier de la valeur moyenne de plusieurs locaux.

En période de relance, stopper l’air neuf

Également, il est possible de stopper totalement l’arrivée d’air neuf en période de relance du bâtiment (avant l’arrivée des occupants). Cette technique permet de diminuer la puissance installée des chaudières.

Fonctionnement en free cooling

Le taux d’air neuf doit être fonction des températures intérieures et extérieures et des besoins en refroidissement. Ainsi, si en mi-saison, un besoin de refroidissement se fait sentir et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure, l’augmentation du taux d’air neuf doit permettre de valoriser le pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur: c’est le « free cooling ».

Le registre d’air neuf peut donc s’ouvrir soit pour apporter l’air neuf minimal, soit pour refroidir l’ambiance. Le régulateur de qualité d’air devra être informé de la demande du régulateur de température et il prendra la demande la plus exigeante pour agir sur le servo-moteur du registre d’air neuf.

Vérifier le fonctionnement en free-cooling de l’installation

L’avantage indiscutable d’une installation à air est de pouvoir valoriser l’air frais gratuit extérieur. Il sera donc très utile de vérifier que le fonctionnement de la régulation ouvre à 100 % les registres d’air neuf lorsque la température extérieure est inférieure à la consigne ambiante et que le local est en demande de froid.

Voici comment devrait se comporter la régulation.

Le débit d’air neuf pulsé doit être établi sur base de la comparaison des températures extérieures, intérieures ambiantes et intérieures de consigne, avec le maintien d’un taux minimum hygiénique ou mieux encore établi sur base de la comparaison des enthalpies de l’air intérieur et de l’air extérieur :

  • Lorsque la température intérieure ambiante est inférieure à la température de consigne, le taux d’air neuf doit être maintenu au minimum hygiénique qui peut être variable en fonction du taux d’occupation.
  • Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est inférieure à la température intérieure ambiante, l’augmentation du débit d’air neuf doit être prioritaire au fonctionnement de la batterie froide.
  • Lorsque la température intérieure ambiante est supérieure à la température intérieure de consigne et que la température extérieure est supérieure à la température intérieure ambiante, le taux d’air neuf est ramené au minimum hygiénique.

Réhabiliter le système

Réhabiliter un système classique à débit constant en système à débit variable.

Les installations « tout air » à débit constant sont extrêmement coûteuses suite au risque de produire simultanément du chaud et du froid (dans les systèmes multizones), mais aussi suite à la consommation électrique des ventilateurs fonctionnant à vitesse constante : entre 10 et 30 % de l’énergie transportée. Il suffit d’imaginer le moment où le bâtiment est sans demande, que de l’air à 22° est pulsé… avec un débit correspondant à celui calculé pour vaincre la pire période caniculaire !

Le principe du VAV (débit d’air variable) est nettement plus efficace.

Son application est sans doute fort coûteuse : rénovation des bouches de distribution, adaptation de la vitesse variable aux ventilateurs de pulsion et d’extraction, renouvellement de la régulation… Si le régime de haute pression, autrefois nécessaire pour le fonctionnement des bouches terminales, n’est plus automatiquement requis, le bilan financier risque d’être lourd.

On peut imaginer qu’une réflexion globale s’impose et que les avantages des autres types de systèmes doivent alors être étudiés.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur la climatisation des bureaux, les critères de choix généraux entre systèmes.

Si un de nos lecteurs a réalisé ce type de rénovation, nous serions heureux de pouvoir être informés de son expérience.

Réhabiliter un système classique à deux conduits à débit constant en système à débit variable.

La technique de climatisation en « dual duct » schématisée ci-dessus est très énergivore. Il est opportun d’envisager sa rénovation. Une technique possible est de la transformer en système VAV à deux conduits.

En pratique :

  • La variation de débit est faite uniquement sur l’air froid.

 

  • Lorsque les apports calorifiques sont maximaux, le volet d’air froid est ouvert à 100% alors que le volet d’air chaud est fermé.

 

  • Lorsque les apports diminuent, le débit d’air froid diminue jusqu’à un débit minimum de soufflage.

 

  • Lorsque des besoins de chauffage apparaissent, on ouvre le volet d’air chaud et on mélange alors l’air froid et l’air chaud comme dans un système classique à deux conduits (l’air froid est à ce moment de l’air extérieur « gratuit »).

Si tout n’est pas résolu, la consommation d’énergie est diminuée par ce système.

Différents schémas sont présentés dans le tome 4 de la collection « climatisation et conditionnement d’air » de Bouteloup aux éditions CFP.

Remarque : dans tous les cas, il y a lieu de bannir la simultanéité d’utilisation d’air chaud et d’air froid. En période de refroidissement partiel, l’air correspondant à la gaine « chaude » ne doit être que de l’air recyclé, la batterie de chauffe ne pouvant pas être sollicitée.

Optimaliser la régulation par point de rosée

Souvent les groupes de traitement d’air (simple ventilation, groupe CAV ou VAV) équipés d’un humidificateur à pulvérisation ou à ruissellement sont régulés suivant le principe dit du « point de rosée« .

Cette régulation est tout à fait correcte en hiver, mais pose des problèmes en mi-saison et en été, avec des consommations d’énergie importantes. Il arrive de rencontrer des installations où humidification et batterie froide fonctionnent simultanément…

Reprenons les solutions déjà mentionnées dans l’ « amélioration de l’humidificateur » :

  • Dans un premier temps, il importe d’abaisser la température de rosée en hiver et de la relever en été. Cela peut s’imaginer manuellement ou automatiquement par la régulation.
  • On peut également stopper le fonctionnement de la batterie froide pour des besoins de déshumidification en commandant la batterie froide en fonction des besoins de l’ambiance uniquement.
  • On peut limiter le temps de fonctionnement de l’humidificateur en le commandant en tout ou rien sur base d’un hygrostat dans l’ambiance ou placé dans l’extraction. Des légères fluctuations d’humidité et de température se produiront cependant dans le local.
  • On peut étudier la possibilité de travailler à débit d’eau variable, notamment à partir d’un humidificateur rotatif …
  • Puisque le laveur d’air ne pose pas de problèmes en hiver, il reste la solution d’imposer un arrêt total de l’humidification au-dessus d’un seuil de température extérieure : de 5°C à 8°C, par exemple. Le respect d’une consigne fixe de 50 % HR ne pourra plus être assuré, mais l’occupant d’un bureau ne s’en rendra pas compte, puisque le confort est assuré dès 40 % HR …

Techniques

 Pour plus de détails sur l’analyse d’une régulation par point de rosée.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer le confort fourni par la production d’eau chaude sanitaire

Évaluer le confort fourni par la production d'eau chaude sanitaire

Disponibilité

Accès à des locaux sanitaires

L’arrêté royal du 10 octobre 2012 fixant les exigences de base générales auxquelles les lieux de travail doivent répondre précise dans ses articles 51 et suivants, les différents équipements sanitaires qui doivent être mis à disposition par l’employeur.

En particulier, il précise les obligations de placement de douches avec eau chaude et froide pour les travailleurs soumis à des chaleurs excessives, effectuant un travail salissant ou en contact avec agents chimiques ou biologiques dangereux.

La température de l’eau est de 36°C à 38°C et les travailleurs ne sont pas exposés aux courants d’air.

Délais d’attente de l’eau chaude

La recommandation Suisse (SIA 385/3) précise les délais d’attente de l’eau chaude au point de soutirage :

Délais d’attente au soutirage

Éviers de cuisine

 7 s

Lavabos

 10 s

Douches

 10 s

Baignoires

 15-20 s

Si le temps d’attente est trop élevé, on envisagera :

  • soit une production décentralisée,
  • soit le placement d’une boucle de circulation, solution plus énergivore puisque des pertes d’énergie apparaîtront aux tuyaux.

Pour évaluer l’amélioration qui en résulterait, un petit logiciel calcule le temps d’attente en fonction du type de tuyau, de son diamètre et du débit du point de puisage. La quantité d’eau froide qui s’écoule correspond à la quantité d’eau chaude qui sera « emprisonnée » dans le tuyau à la fermeture du robinet. On peut donc évaluer la perte énergétique correspondante.

Deux litres d’eau sont nécessaire pour
se laver les mains, mais 4 litres d’eau chaude vont rester dans le tuyau et se refroidir…

Calculs

 Pour calculer le débit d’eau perdu à l’ouverture du robinet

En multipliant cette opération x fois par jour, x jours par an, on évalue le nombre de m³ annuellement chauffés en pure perte. Le coût approximatif de 9 € par m³ d’eau chaude (moitié pour l’eau, moitié pour son chauffage) permet d’évaluer l’intérêt énergétique de décentraliser la production.

Améliorer

 Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception d’une boucle de circulation.

Accessibilité du point d’eau

L’accessibilité des patients ou du personnel soignant à mobilité réduite fait partie aussi du confort au sens large du terme.

Indépendamment du confort lié aux critères classiques de température, de débit, …, la possibilité :

  • d’accéder facilement à l’espace douche,
  • de se mouvoir aisément dans cet espace,
  • d’utiliser les pommeaux de douche, les robinets, … Sans problème majeur,

est un plus non négligeable dont il faut tenir compte dans les hôpitaux.

Débit

Débits recommandés

Un débit suffisant doit être assuré. Il est facile de mesurer le débit d’un point de puisage en mesurant le temps mis à remplir un seau de 10 litres par exemple puis de comparer à des valeurs réglementaires.

Voici les unités de raccordement selon les directives suisses W3, édition 1992.

Application

Débit par raccordement

UR- Unité de Raccordement équivalente
en litre/s en litre/min

Lavabos, bidets, lavabos-rigoles, réservoirs de chasse d’eau.

 0,1 6 1

Éviers, vidoirs, lavabos muraux scolaires, douches pour salons de coiffure, lave-vaisselle domestique, chauffe-eau instantané à gaz, cuves à lessive.

 0,2 12 2

Robinetteries de douche de puissance moyenne, chauffe-eau instantanés à gaz.

 0,3 18 3

Grands éviers, vidoirs indépendants, vidoirs muraux, robinetteries de bain, machines à laver automatiques jusqu’à 6 kg, chauffe-eau instantanés à gaz, urinoirs à rinçage automatique.

 0,4 24 4

Robinet de jardin et de garage.

 0,5 30 5
Raccordements 3/4″ :

  • éviers pour grandes cuisines
  • baignoires à grande capacité
  • douches
 0,8 48 8

Voici ensuite les sections de tuyauteries correspondantes pour l’acier galvanisé DIN 2440/44 :

Nombre max dur

 6 16 40 160 300 600 1 600

DN (mm)

 15 20 25 32 40 50 65

Tubes filetés (pouce)

 1/2″ 3/4″ 1″ 1 1/4″ 1 1/2″ 2″ 2 1/2″

Di (mm)

 16 21.6 27.2 35.9 41.8 53 68.8

Des tableaux similaires existent pour d’autres matériaux dans la W3.

Débit trop faible suite à la présence de calcaire ?

Dépôt sur les surfaces d’évaporation dont les pommeaux de douche ? Blocage des boutons poussoirs ? …

Un dépôt de calcaire, soit dans l’échangeur de chaleur, soit dans les conduites d’apport d’eau chaude augmente les pertes de charge et le débit peut devenir insuffisant.

En fonction de l’analyse de la dureté de l’eau, on jugera de la nécessité de l’adoucir.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau et le dimensionnement de l’installation.

Débit trop élevé suite à une ancienne robinetterie ?

Aujourd’hui, on tente de diminuer les consommations par la réduction des débits. Les robinetteries modernes le permettent en réalisant un mélange, émulsion d’air et d’eau (par exemple, pomme de douche à faible débit ou mousseur de robinet).

Avertissements !

Certains rapports d’hygiène hospitalière mettent en cause l’utilisation des mousseurs de robinet dans le développement des foyers de légionelles. C’est pour cette raison qu’il faudra éviter de placer ce genre d’économiseur dans les unités de soins ou dans toutes les zones médicalisées de l’hôpital.

Dans les autres zones, une décision collégiale sera prise entre tous les intervenants.

Améliorer

 Pour plus d’informations sur les techniques de réduction des débits.

Température

Consignes de température recommandées

La sensation de la chaleur de l’eau dépend de l’usage, et dans une moindre mesure de la saison.

Pour les soins corporels, une température comprise entre 37 et 45°C est souhaitable. Pour l’alimentation des douches en entreprise, l’AR du 10/10/2012 demande une température comprise entre 36 et 38°C [Art.N1 annexe 1].

Pour les travaux de nettoyage, une température de 50 à 55°C est recommandée.

Au-delà de 60°C, un risque de brûlure apparaît.

Dans une optique de réduction des consommations, un abaissement des températures est souhaitable, mais la gestion de la légionelle peut modifier ce raisonnement …

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le contrôle de la légionelle.

Si la température d’eau souhaitée n’est pas atteinte, on soupçonnera un manque de puissance.

Fluctuations de la température ?

La température de l’eau varie avec le débit, c’est à dire avec le nombre de puisages simultanés (qui n’a pas connu le coup de la douche qui devient froide lorsque le voisin arrive… juste au moment où il faut rincer le shampoing !?).

Si la préparation se fait par un préparateur instantané (échangeur à plaques, par exemple), il est possible que ce soit la vitesse de réglage de la vanne mélangeuse qui soit à l’origine du problème. Il est possible soit de lui mettre une vanne plus rapide (avec une régulation PI), soit d’adjoindre un ballon tampon à l’installation.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception des préparateurs instantanés.

Également, l’emploi d’un mitigeur thermostatique de douche est fortement recommandé pour limiter ce problème, sans l’éliminer totalement car on est limité par sa vitesse de réponse.

À noter qu’il est possible qu’ un appareil de production instantané au gaz ne se mette pas en route pour de très faibles débits, ce qui impose souvent inutilement l’ouverture en grand des points de puisage.

Insuffisance de la température ? Analyse de l’origine du problème

Au départ, un manque d’eau chaude …

En tout premier lieu, il faut observer les circonstances exactes d’apparition du problème : où et quand apparaît l’inconfort ?

Voici 3 questions qui peuvent orienter les débats :

Les problèmes sont-ils récents ou ont-ils toujours existés ?

S’ils ont toujours existé, c’est la conception de l’installation qui est en cause (dimensionnement des équipements, mauvais dessin de l’installation, …). S’ils sont récents, il faut repérer les circonstances d’apparition des plaintes.

Par exemple, le repiquage d’un nouveau circuit sur l’installation existante peut perturber le fonctionnement hydraulique de celle-ci, des travaux sur l’installation peuvent provoquer un transfert de sédiments et bloquer des éléments, un échangeur peut s’entartrer progressivement, un circulateur tomber en panne,…

Les problèmes sont-ils saisonniers ?

S’ils n’apparaissent qu’en hiver, c’est que la collaboration avec le chauffage se passe mal.

S’ils apparaissent aussi en été, ce sera plutôt l’appareil de production d’eau chaude seul qui sera mis en cause. Par exemple, la puissance de l’échangeur est peut-être insuffisante.

Y-a-t-il des problèmes pour tous les utilisateurs ?

Si seuls les utilisateurs les plus éloignés de la production sont concernés, c’est du côté de la distribution d’eau chaude qu’il faut chercher. Si par contre, tous les points de puisage sont touchés, c’est la production qui devrait être suspectée.

Si le manque d’eau chaude survient pour tous les utilisateurs lorsque les demandes d’eau sanitaire et de chauffage sont maximales (c’est-à-dire, en plein hiver, au moment des douches ou des bains), on peut se poser la question : « en quoi le chauffage peut-il influencer la production d’eau chaude » ?

Premièrement, une puissance insuffisante des chaudières ne permettra pas aux échangeurs d’être alimentés à la bonne température. C’est la cause directement souvent retenue par un installateur de chauffage.

Un deuxième phénomène peut cependant intervenir. En plein hiver, les vannes (mélangeuses, thermostatiques, …) sont pour la plupart ouvertes en grand. La demande en débit des circuits de chauffage est donc maximum. Si leurs circulateurs ont été surdimensionnés, les débits appelés risquent d’être trop importants. Les échangeurs sanitaires peuvent alors être privés d’un débit suffisant.

Cas vécus.

1. Un home pour handicapés près de Hannut est confronté à une insuffisance d’eau chaude lorsque des puisages simultanés ont lieu dans les différents locaux sanitaires du bâtiment. L’installateur appelé pour avis préconise… un remplacement d’une chaudière par un modèle plus puissant, bien sûr !

L’audit évalue les puissances en jeu et met hors de cause la chaudière. Il révèle qu’il s’agit en réalité d’un problème hydraulique : le débit d’eau chaude pour transférer la chaleur de la chaudière vers l’échangeur à plaques était insuffisant.

Études de cas

 Pour plus d’informations cet audit

2. Un autre centre d’accueil pour étudiants à Liège est lui aussi confronté à une insuffisance d’eau chaude à certains moments de la journée, mais cette fois c’est la consommation exorbitante qui pousse le gestionnaire à agir. Il place des réducteurs de débit sur tous les points de puisage (douches et robinets) et le résultat est double : l’eau arrive toujours chaude et la consommation globale est réduite !

Analyse de la puissance disponible

La méthode la plus exacte pour savoir si la puissance de chauffage est suffisante est de refaire le dimensionnement du système de production et de comparer avec la puissance en place.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le dimensionnement des préparateurs d’eau chaude.

Mais plus simplement, une évaluation grossière peut avoir lieu comme suit :

Installation par accumulation

On totalise les besoins d’eau chaude sur le temps de récupération (= de réchauffage) du ballon :

  • Si le ballon n’est chauffé que la nuit, son volume doit être suffisant pour vaincre les besoins en eau de l’ensemble de la journée.
  • S’il est réchauffé par un échangeur interne, il faut évaluer la puissance de chauffe de l’échangeur et vérifier que le temps de chauffage du volume d’eau est inférieur au temps de récupération prévu.

Temps de chauffage [h] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T°) / puissance échangeur [kW]

Exemple.

Un ballon de 500 litres présente de temps en temps une insuffisance en matière d’eau chaude. Le puisage de pointe est de 450 litres d’eau à 55°C par heure et cela peut se produire plusieurs heures d’affilée. La puissance du serpentin intérieur est de 12 kW.

Vérifions :

Temps de chauffage = 0,45 x 1,16 x (55 – 10) / 12 = 1,95 heures

Ce temps est trop long, le ballon ne pourra remonter en température…

Si le manque de puissance est limité, il est possible d’augmenter la température de stockage de l’eau, … ce qui diminuera partiellement sa performance énergétique (augmentation des pertes).

Préparation instantanée

On totalise les besoins simultanés d’eau chaude sur une période de 10 minutes (= 1/6 heure), par exemple. Puis on compare la puissance correspondante à celle du préparateur :

Puissance nécessaire [kW] = (Volume d’eau [m³] x 1,16 [kWh/m³.K] x Delta T° [K]) / (1/6) [h]

Exemple.

Un préparateur d’eau chaude instantané paraît insuffisant en température. Le puisage de pointe est de 150 litres d’eau à 45°C en 10  minutes. La puissance de l’échangeur est de 45 kW.

Vérifions :

Puissance nécessaire = 0,15 x 1,16 x (45 – 10) / (1/6) = 37 kW

Sa puissance théorique est suffisante. Serait-il entartré ? Non, car ce serait le débit qui serait alors trop faible et non la température. Serait-il alimenté au primaire par une eau à trop basse température ? C’est plus probable, le constructeur a certainement pris une température nominale très élevée pour annoncer les 45 kW…

Une régulation par « priorité ECS » est-elle mise en place ?

La puissance demandée par le chauffage de l’eau chaude est souvent très élevée. Il est normal qu’au moment du réchauffage de l’eau, le chauffage des locaux soit arrêté temporairement. L’inertie du bâtiment est telle que la baisse de température ne sera pas ressenti par les occupants. On parle de « priorité Eau Chaude Sanitaire ».

En cas d’insuffisance de puissance, il est utile de vérifier si ce type de régulation a bien été mis en place

Améliorer

 Pour plus d’informations sur la décentralisation de la production.

Qualité de l’eau

Mesure de la dureté de l’eau

On commencera par analyser le TH de l’eau, Titre Hydrotimétrique, qui caractérise la dureté totale de l’eau. Ce TH exprime la somme des ions Calcium Ca++ et Magnésium Mg++, responsables de la dureté de l’eau.

L’unité de mesure est le degré français °F. Ainsi, 1° F = 10 mg CaCO3/litre. L’échelle suivante permet de juger de la tendance de l’eau à déposer des sels :

eau très douce : < 7,5°F

douce : 7,5 à 15°F

assez dure : 15 à 20°F

dure : 20 à 30°F

très dure : > 30°F

La compagnie des eaux peut fournir cette valeur. Sinon, il existe des kits de mesure que les sociétés de maintenance utilisent et qui sont en vente chez les marchands d’adoucisseurs. Un pharmacien peut également faire cette mesure.

Concevoir

 Pour plus d’informations sur le choix parmi les techniques de traitement de l’eau, et le dimensionnement de l’installation.

Détection de la légionelle

L’unité de mesure est l’UFC/l (Unité Formant Colonie).

Le seuil indicatif de 10³ UFC/l a été proposé par l’OMS (Organisation Mondiale de la Santé). Il semble qu’en dessous de ce seuil, on n’a qu’exceptionnellement le développement de maladie.

Le Comité Supérieur d’Hygiène Belge quant à lui a adopté le même seuil de 10³ UFC/l.

Si la concentration de légionelles est supérieure à ce seuil, il faut procéder à un contrôle approfondi. On prélève alors un grand nombre d’échantillons, y compris aux robinets , robinets de vidange, vases d’expansion,… afin d’identifier les foyers.

Dans la procédure allemande, si les 10 000 UFC/l sont atteints, la contamination est jugée importante et un contrôle immédiat approfondi est requis. Si les 100 000 UFC/l sont dépassés, la contamination est jugée très importante et l’emploi de l’installation doit être limité (arrêt des douches, par exemple) afin de procéder à une désinfection immédiate de l’installation.

Au delà d’un traitement de choc pour assainir une installation polluée (choc thermique, désinfection chimique), le technicien devra se baser sur une conception correcte du réseau (réseaux bouclés, température élevée).

Concevoir

 Pour plus d’informations sur la conception du réseau d’eau chaude sanitaire.
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Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la distribution de vapeur

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Choix du réseau

Le choix du réseau de distribution de vapeur est principalement lié à la centralisation ou pas des générateurs de vapeur.

Configuration locale

Dans ce cas, le générateur de vapeur se trouve souvent sous l’autoclave et chaque autoclave possède son propre générateur. La compacité est importante vu qu’il est nécessaire de favoriser l’espace pour les zones de travail du personnel de Stérilisation Centrale.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • la proximité du générateur par rapport à l’autoclave limite les longueurs des conduites de distribution et donc les déperditions au travers des parois;
  • le générateur étant dédicacé à l’autoclave, les débits de vapeur nécessaires sont faibles et ne nécessitent pas des canalisations de grosse section; ce qui limite les déperditions au travers des parois;
  • les condensats formés par les déperditions des conduites sont naturellement ramenés au générateur par gravitation; ce qui réduit les pertes de condensats au niveau des purgeurs;
  • …

(-)

  • la compacité de l’installation pose des problèmes d’isolation des conduites;
  • une panne du générateur entraîne souvent l’abandon du cycle et l’indisponibilité de l’autoclave;
  • problème de maintenance;
  • …

Configuration centralisée

Si la stérilisation centrale dispose d’un local technique annexe à proximité immédiate, on peut très bien envisager le regroupement des générateurs dans ce local afin de diminuer la puissance installée sachant qu’il est rare de voir tous les stérilisateurs du parc fonctionner ensembles.

On peut synthétiser les avantages et inconvénients suivant :

(+)

  • gain de place pour la maintenance de l’installation (détection aisée des fuites au niveau de la distribution);
  • une panne d’un générateur n’empêche pas de continuer le cycle du stérilisateur;
  • centralise la source de chaleur en dehors de la zone d’occupation;
  • …

(-)

  • la conduite mère est de forte section (2″ par exemple); ce qui veut dire que les déperditions sont plus importantes et qu’il faut mieux l’isoler;
  • la longueur importante de la conduite mère augmente les déperditions;
  • les difficultés techniques et d’encombrement augmentent pour le tracé de la conduite mère sachant qu’il est important de récupérer la quantité de condensats produite par les déperditions des parois par gravitation naturelle (nécessité d’espace dans les faux-plafonds pour bénéficier d’une pente vers le générateur);
  • nécessité de multiplier les points de purge et les casse-vide;
  • …

Alternative

Dès le début du projet , il est possible de demander au concepteur de prévoir une conduite mère reliant les générateurs locaux entre eux afin d’augmenter la sécurité d’alimentation en vapeur et de pouvoir réduire légèrement la puissance installée des générateurs.

Nous manquons d’étude de cas en la matière. S’il y a des expériences heureuses ou pas en terme de dimensionnement, il serait intéressant pour tout le monde qu’elles figurent ici !

Choix des matériaux

La tenue dans le temps des conduites d’alimentation en vapeur dépend de la qualité de la vapeur et, par conséquent de la qualité de l’eau. Si l’eau est de qualité médiocre (corrosive et agressive par exemple), on risque de détériorer rapidement les équipements du réseau de vapeur. Par sécurité, les matériaux utilisés pour la fabrication de ces équipements, y compris la distribution, seront en acier inoxydable type 316 Ti.

Isolation des conduites

L’isolation des conduites de la distribution de vapeur est importante pour limiter :

  • les déperditions et, par conséquent, les pertes énergétiques,
  • la production de condensats et, par conséquent, la surconsommation d’eau.

L’illustration ci-dessus montre à quel point il est important d’isoler correctement les conduites même si certains mentionneront que l’isolation cache les fuites de vapeur; ce qui est un mauvais prétexte pour ne pas isoler.

Divers matériaux d’isolation des conduites existent dans le commerce comme, par exemple, la fibre de laine minérale en longueur préformée, le caoutchouc, … On sera attentif, dans le cas précis de la vapeur, à la tenue des propriétés de l’isolant à des températures de l’ordre de 150 °C.

Matériaux Température de tenue maximale [°C]
Laine minérale de l’ordre de 650
Caoutchouc 175
Polyuréthane 135

Calculs

 Pour en savoir plus sur la rentabilité de l’isolation des conduites.

Les équipements annexes

Attention à l’isolation des vannes et des équipements susceptibles de provoquer des déperditions énergétiques non négligeables.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la cellule de refroidissement ou de congélation rapide [Concevoir – cuisine collective]

Quand doit-on choisir une cellule de refroidissement rapide ?

Dans toute cuisine où l’on a opté pour une liaison froide, il est recommandé d’abaisser la température au cœur des aliments de + 65 °C à + 10 °C en moins de 2 heures. La cellule de refroidissement rapide est l’équipement idéal pour atteindre ces performances. Il ne s’agit pas d’une obligation, mais d’une bonne pratique de fabrication qui est recommandée si l’on veut refroidir des aliments cuits en toute sécurité et si on veut prouver que des procédures de sécurité sont appliquées conformément a l’arrêté royal relatif à l’hygiène des denrées alimentaires.

Cette bonne pratique provient, en fait, d’une réglementation qui s’applique aux établissements de transformation de la viande : arrêté royal relatif aux conditions générales et spéciales d’exploitation des abattoirs et d’autres établissements.

Il convient de noter que le choix de la liaison froide peut se faire pour l’ensemble des menus ou pour une partie seulement. Il existe, par exemple, certaines cuisines collectives qui proposent chaque jour des plats végétariens en plus du menu du jour, mais pour ne pas avoir à fabriquer chaque jour deux plats, les plats végétariens sont préparés un jour par semaine, par exemple, en liaison froide.

Choix du procédé de production du froid

Il existe deux procédés de production du froid dans une cellule de refroidissement rapide :

Les coûts d’utilisation d’une cellule de froid mécanique sont nettement (10 x) plus faibles que ceux d’une cellule de froid cryogénique. Ils sont d’environ 0,1 €/repas pour la seconde. Par contre les coûts d’investissement pour une cellule cryogénique sont nettement plus faibles que pour une cellule mécanique.

Pour une utilisation régulière de la cellule, la cellule mécanique sera donc beaucoup plus intéressante. Dans le seul cas d’une utilisation occasionnelle, une cellule cryogénique peut être intéressante.

En milieu hospitalier, l’azote liquide est souvent utilisé en quantité importante (génétique, laboratoire classique, …). Dans ce cas, il est intéressant de considérer l’option de refroidissement rapide cryogénique sachant qu’en exploitation les prix seront réduits par rapport à un usage exclusif pour la cuisine.

Lorsque le refroidissement rapide est utilisé régulièrement, il paraît risqué de n’avoir qu’une seule cellule. En cas de panne, la préparation est bloquée. On peut alors songer à investir dans une cellule de refroidissement mécanique principale et une deuxième cellule cryogénique de dépannage.

Parmi les fluides utilisés pour le froid cryogénique, vu la très faible température d’ébullition de l’azote, celui-ci est utilisé lorsque les distances à parcourir entre le lieu de stockage du fluide et le lieu de production du froid sont grandes.
Il faut cependant veiller à bien calorifuger les conduites.

Le dioxyde de carbone (CO2) sera utilisé lorsque ces distances sont plus courtes.

Précautions d’utilisation

Pour obtenir un fonctionnement satisfaisant et économique, on place les préparations sur les clayettes ou les supports prévus à cet effet, afin de favoriser la circulation de l’air, et d’utiliser la cellule à sa capacité nominale.

Capacité et puissance frigorifique des cellules

La capacité (kg) doit correspondre à celle des appareils de cuisson, c’est-à-dire qu’elle doit permettre de refroidir le nombre de repas qui peuvent être préparés en une seule fois par les autres appareils de cuisson.

Remarquons que le nombre de repas à refroidir ne correspond pas nécessairement à la totalité des repas du service. La liaison froide peut n’être utilisée que pour une partie des repas (Exemple : plats végétariens).

L’ensemble des mets préparés pourra ainsi être refroidi dès la fin de la cuisson. En effet, selon la réglementation, « la durée de refroidissement entre la fin de la cuisson et une température à cœur de 10 °C doit être inférieure ou égale à deux heures. »

D’autre part, la cellule pourra ainsi être utilisée à sa pleine capacité. Ce qui permet de travailler au meilleur rendement possible.

La puissance frigorifique de l’appareil dépend de la durée que prend le refroidissement ou la congélation, de la capacité désirée et de la température à atteindre.

Le besoin en frigories est donné par la quantité de chaleur qu’il faut retirer des aliments pour les faire passer de 65 °C à 10 °C (ou – 18 °C).

Le calcul ci-dessous est statique et purement théorique. Il est donné à titre indicatif. En réalité, pour correspondre à la réalité, le calcul devrait être fait en dynamique. Statique, le bilan ci-dessous néglige les apports de chaleur par conduction au travers des parois, relativement négligeables par rapport à la chaleur à extraire des aliments.

En refroidissement rapide.

Q = m x Cs x δt

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs= chaleur spécifique des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée et à la sortie des aliments (10°C) (K).

En congélation rapide.

Q = (m x Cs x δt) + (m x Cl) + (P1 x Cs‘ x δt’)

Où :

  • Q = besoin en frigories (en kWh),
  • m  = poids des aliments dans la cellule (kg),
  • Cs = chaleur spécifique au-dessus de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • Cl = chaleur latente nécessaire au changement d’état du constituant liquide des aliments (passage à l’état solide) (kWh/kg),
  • Cs‘ = chaleur spécifique en-dessous de 0°C des aliments (kWh/kg°C),
  • δt = différence entre la température à l’entrée des aliments et 0°C (K),
  • δt’ = différence entre 0°C et la température de sortie des aliments (-18°C) (K),

La puissance frigorifique de l’évaporateur.

P(W) = Q (kWh) / t (h)

  • t = temps maximum légal – temps nécessaire au conditionnement des aliments.

Temps maximum légal = 2 h pour le refroidissement de 65°C à 10°C et 3 h pour le passage de 10 °C à – 18 °C (congélation).

Exemple.

1. Soit une cellule de congélation rapide, d’une capacité de 20 kg; la congélation doit se faire en 4 h.

Q = 20 x 1,04 x 65 + 20 x 80 + 20 x 0,53 x 18 = 3 143 (Wh) (soit 157 Wh par kg)
P =  3 143  /  4 = 785 W (soit 40 W/ kg.)

2. Soit une cellule de refroidissement rapide, d’une capacité 20 kg; le refroidissement doit se faire en 1h30.

Q = 20 x 1,04 x 55 = 1 144 Wh (soit 57 Wh/kg.)
P = 1 144/1h30 = 762 W/h (soit 38 Wh/kg).

En réalité la puissance calculée ci-dessus en statique est une moyenne. Or, la puissance nécessaire varie en fonction du temps, selon une courbe d’allure exponentielle, et la puissance maximale est demandée à l’évaporateur en début de processus (c’est alors que les Δt sont les plus importants). La puissance frigorifique des cellules correspond donc à cette puissance maximale.

Voici les puissances électriques que nous avons relevées dans la documentation d’un fournisseur :

Remarque : entre la puissance frigorifique et la puissance électrique, il y a le COP.

Cellule à clayette – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
7 2 100
15 2 280/450*
25 4 000/580*
50 6 100/580*

* version équipée sans groupe frigorifique (à distance).

Cellule à chariots – surgélation et refroidissement rapide
Capacité par cycle (kg) Puissance électrique installée (W)
En surgélation En refroidissement
65 65 3 200/900*
80 110 5 400/4 300*
160 220 9 600/6 600*
240 330 11 500*
320 440 14 000*
480 660 20 000*

* version équipée sans groupe non comprise l’alimentation du groupe frigorifique (à distance).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’éclairage de la cabine d’ascenseur

Critères de choix

Niveau d’éclairement

La norme NBN EN 81-1, préconise un niveau d’éclairementEm de 50 [lux] dans la cabine. Seulement, la norme ne précise pas à quelle hauteur doit être réalisé ce niveau d’éclairement. Pour s’éclaircir les idées, la norme EN 12464-1 (lumière et éclairage des lieux de travail) donne des éléments de réponse : l’ascenseur n’est pas à proprement parler un lieux de travail mais la norme obéit à une logique intéressante du choix du plan de travail, à savoir dans ce cas-ci, le niveau du sol.

En pratique, comme dans les couloirs par exemple, le plan de travail se situe à une hauteur de 10 [cm] au dessus du sol; à ce niveau, il faut 50 [lux].

Uniformité

La norme NBN EN 81-1ne précise pas non plus l’uniformitédu niveau d’éclairement. La norme EN 12464-1 vient de nouveau à notre secours : soit une uniformité de 0,7

Éblouissement

L’éblouissement d’une source lumineuse visible dans les cabines d’ascenseurs peut être important dans le sens où le plafond est relativement bas et, par conséquent, la source lumineuse proche du champ de vision.

Efficacité énergétique

L’efficacité énergétique de l’éclairage dans des lieux de travail du secteur tend à atteindre 1,25 W/m².50 lux en éclairage direct et 3 W/m².50 lux en éclairage indirect. Dans les cabines d’ascenseurs on essayera dans la mesure du possible de tendre vers ces valeurs.

Choix de l’éclairage

Choix du système d’éclairage

Pour respecter les critères de confort et d’efficacité énergétique de l’installation d’éclairage, le choix entre un système direct, indirect ou mixte est loin d’être évident. Effectivement, pour atteindre un niveau d’éclairement de 50 [lux] au-dessus du sol avec une uniformité correcte, l’éclairage direct est idéal mais éblouissant. Par contre, dans le cas d’un éclairage indirect supprime l’éblouissement. Mais pour peu que les parois internes de la cabine soient sombres, le niveau d’éclairement de 50 [lux] sera difficile à atteindre avec une efficacité énergétique idéale pour ce système.

En restant raisonnable l’éclairage mixte est un bon compromis.

Choix des lampes

D’emblée dans le choix des lampes on tiendra compte de la gestion de l’éclairage qui influence le nombre d’allumage et d’extinction :

 

Pour un éclairage permanent ou dont la gestion s’effectue par une horloge (coupure de l’éclairage en dehors des heures d’occupation), le choix des tubes fluorescentsou des lampes fluocompactesest judicieux dans le sens où leur efficacité lumineuse est très bonne (de l’ordre de 95 [lm/w]) et leur durée de vie moyenne importante (de l’ordre de 10 000 à  15 000 heures).

Par contre, pour une gestion en fonction de la demande (détection de présence par exemple), le tube fluorescent (n’aime pas les allumages répétitifs) est remplacé par des lampes halogènes qui présentent une efficacité lumineuse (de l’ordre de 15 à 30 [lm/W]) moindre mais supportent mieux les allumages répétitifs. Ici la durée de vie est moins bonne que dans le cas des tubes fluorescents (2 000 à 4 000 heures).

Maintenant les constructeurs d’ascenseurs incluent dans leur équipement d’éclairage standard, les lampes LED atteignant, à l’heure actuelle, une efficacité lumineuse entre 25 et 35 [lm/W] pour une durée de vie entre 20 et 30 000 heures. Ce type de lampe a de l’avenir mais reste relativement cher pour l’instant.

Choix du ballast

Dans le cas du choix de lampes fluorescentes, le ballast qui accompagne ce type de lampe doit être de bonne qualité. Il sera au minimum de type électronique.

Choix des luminaires

Dans le choix des luminaires, on privilégiera l’éclairage direct.

Dans le cas d’un éclairage permanent ou semi permanent le luminaire sera :

  • ouvert,
  • équipés d’un réflecteur en aluminium de bonne qualité,
  • dont l’angle de défilement des ventelles est limité et positionnés dans le local de manière à éviter les éblouissements directs des patients couchés,
  • équipés d’une lampe fluorescente.

Dans le cas d’un éclairage adapté à l’occupation de la cabine le luminaire sera :

  • ouvert,
  • équipés d’un réflecteur en aluminium de bonne qualité,
  • équipés d’une lampe halogène.

L’éclairage indirect est une option que proposent les fabricants d’ascenseurs. Dans ce cas, les parois doivent de préférence être claires de manière à atteindre une efficacité énergétique de 3 [W/m².50 lux) lorsqu’elles sont combinées avec une lampes types tube fluorescent.

En ce qui concerne l’éclairage mixte, il peut représenter un bon compromis pour atteindre le bon niveau d’éclairement au sol sans trop éblouir et en concervant une efficacité énergétique convenable.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le choix des composants des luminaires.

Choix de la gestion

Lorsque le choix de la motorisation se porte sur un système performant (« gearless » ou sans réducteur de vitesse par exemple), la consommation de l’éclairage entre autre devient importante. Non seulement il faut choisir un éclairage performant mais aussi une gestion adaptée à la fréquentation des ascenseurs.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’évaluation de la consommation des appareils d’éclairage lorsqu’ils sont gérés en fonction de l’occupation.

Trois cas de figure sont à prendre en considération dans la gestion des luminaires :

  • l’éclairage permanent jour et nuit pendant toute l’année,
  • l’éclairage est permanent pendant les heures d’occupation de l’immeuble, et coupé en dehors,
  • l’éclairage est commandé par détection de présence au sein de la cabine.

Suivant le type de gestion, l’exemple suivant montre que les consommations sont très différentes.

Exemple.

On considère deux types de luminaire dans la cabine classique de 8 personnes (640 [kg]) :

  • Un luminaire de bonne qualité équipé d’un tube fluorescent TL8 de 36 [W] avec une efficacité lumineuse de 90 [lm/W] et utilisé dans le cas d’un allumage permanent ou d’une gestion semi permanente. En effet, le TL est intéressant à partir du moment où les allumages et extinctions sont peu nombreux.

 

  • Un luminaire de bonne qualité équipé d’une lampe halogène de 40 [W] avec une efficacité lumineuse de 20 [lm/W] et utilisé dans le cas d’une gestion en fonction de l’occupation de la cabine (par détection de présence par exemple). Ce type de lampe supporte mieux les allumages et extinctions fréquentes que les tubes fluorescents ou les lampes fluocompactes.

On simplifie l’exemple en prenant différents paramètres standards :

  • le nombre moyen de courses journalières pour les bâtiments du tertiaire est compris entre 300 et 1 200 [courses/jour],
  • le temps moyen d’une course est aux alentours des 20 [s],
  • le nombre annuel de jour d’occupation est de l’ordre de 240 [jours],
  • le temps moyen d’occupation de l’immeuble est de 10 [h/jour].

De plus les hypothèses suivantes sont prises :

  • on ne tient pas compte de la durée de vie et du vieillissement de la lampe halogènes soumise à des allumages et des extinctions fréquentes,
  • le temps moyen d’une course est constant en fonction du nombre de courses.

Les résultats sont consignés dans le tableau ci-dessous et donnent le graphique suivant :

Nombre de course/jour
Temps d’occupation des ascenseurs [h]
Consommation annuelle de l’éclairage [kWh/an]
Tube fluorescent allumé en permanence
Tube fluorescent allumé pendant l’occupation de l’immeuble
Lampe halogène allumé pendant l’occupation de la cabine
300
1,7
315,4
86,4
72,0
400
2,2
315,4
86,4
96,0
500
2,8
315,4
86,4
120,0
600
3,3
315,4
86,4
144,0
700
3,9
315,4
86,4
168,0
800
4,4
315,4
86,4
192,0
900
5,0
315,4
86,4
216,0
1 000
5,6
315,4
86,4
240,0
1 100
6,1
315,4
86,4
264,0
1 200
6,7
315,4
86,4
288,0

On constate que rapidement la gestion par détection de présence dans la cabine d’ascenseur équipant la lampe halogène devient vite énergivore lorsque la fréquentation dépasse les 400 [courses/jour].

Ce qui signifie que la gestion idéale dans un immeuble :

  • n’est pas l’éclairage permanent (c’est évident),
  • à fréquentation importante (hôtels, bureaux, hôpitaux, …) est la gestion semi-permanente où l’éclairage est éteint en dehors des heures d’occupation courante,
  • à faible fréquentation faible (ascenseurs réservés aux professeurs dans les écoles par exemple) est la gestion par occupation de la cabine.

Gestion en fonction de l’occupation de l’immeuble

Dans certains types d’immeubles comme les bureaux administratifs, les hôpitaux, les hébergements dont la fréquentation des ascenseurs est importante (dans ce cas-ci > 400 [courses/jour], on placera le contact d’une horloge hebdomadaire en parallèle sur celui d’un détecteur de présence dans le circuit d’alimentation de l’éclairage de cabine de l’ascenseur.

Gestion en fonction de l’occupation de la cabine

Dans d’autres types d’immeubles comme les écoles dont la fréquentation des ascenseurs est faible (dans ce cas-ci < 400 [courses/jour], on placement le contact d’un détecteur de présence dans le circuit d’alimentation de l’éclairage de cabine de l’ascenseur.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Gérer l’énergie ?

Gérer l'énergie ?

L’Énergie est partout, chance ou problème ?

Gérer l’énergie c’est,

  • Vérifier si le rendement de la chaudière est bon; à défaut, envisager son remplacement, appeler l’installateur ou le bureau d’études, discuter avec lui du meilleur choix de chaudière aujourd’hui, trouver le financement, chercher si des subsides existent à ce niveau, etc…
  • Penser à programmer l’horloge de l’extraction des sanitaires, et modifier l’heure deux fois par an,…
  • Analyser si le tarif électrique est adéquat au type de consommation du bâtiment, …
  • Choisir une bonne photocopieuse, donc le mode veille est performant, et vérifier que les ordinateurs se coupent après 10 minutes sans utilisation, …
  • C’est éteindre les lampes dans le couloir, … non, c’est plutôt motiver les occupants à éteindre. Mais « ils n’en ont rien à cirer »…
  • …

Gérer l’énergie, c’est fatigant…
L’énergie est partout, c’est un sacré problème…

Chacun est concerné, autant l’homme d’entretien que le directeur…

Dans le fond, il n’y a pas beaucoup de thèmes qui concernent tout le monde dans l’Institution, qui permettent de générer un budget suite aux économies réalisées, qui touchent à l’environnement, à l’image de marque, …

Cela pourrait être la source d’un projet commun de l’Institution ?

L’énergie est partout, c’est une sacrée chance…

C’est la toute, toute première fois … que vous abordez l’énergie dans votre institution ?

Bienvenue au club !

Pour vous aider à mettre en place une politique énergétique dans une institution, nous vous proposons un premier fil conducteur.

Pour cela, il est nécessaire de réfléchir deux minutes en se posant les bonnes questions pour mener à bien une politique énergétique dans une institution.

L’économie d’énergie repose sur 4 pôles :

  • le suivi comptable des consommations,
  • l’amélioration technique des bâtiments,
  • la gestion des équipements,
  • la sensibilisation des utilisateurs.

Aussi, il est utile de se poser quelques questions, reprises ci-dessous en vrac :

Quelle structure portera le projet ?

  • Un Responsable Énergie nommé à cette tâche ?
  • Une gestionnaire interne et des sous-traitants externes ?
  • Une équipe de plusieurs personnes qui travaillent ensemble ?

Quelle est la compétence technique interne ?

  • En matière de bâtiments (isolation, châssis, …)
  • En matière de systèmes (chauffage, éclairage, climatisation, …)

Quelle stratégie d’intervention technique ?

  • Chercher à développer la compétence interne ?
  • Agir sur base d’audits externes ?
  • Sous-traiter l’ensemble à une société de maintenance avec un objectif URE ?

Quelle relation existera entre le Responsable Energie/l’équipe et le service technique existant ?

Qui est bon animateur pour créer l’adhésion au projet ?

  • Qui l’est naturellement dans l’institution ?
  • Qui est naturellement motivé par l’environnement ?

Comment l’entourer ?

  • Quelles ressources internes (éco-conseiller ?) ?
  • Quelles ressources externes (consultant technique ? consultant animation ?) ?

Quel temps est-on prêt à consacrer au projet « énergie » dans l’institution ?

Qu’est-ce qui fera « bouger les choses » ?

  • Un bon rapport vers les décideurs ?
  • Un grand projet fédérateur pour tous ?
  • Des petites actions réussies au fil du temps ?
  • Un groupe de mordus internes ?

De quel budget annuel disposera-t-on ?

  • Un budget spécifique « extraordinaire »?
  • Un budget dédicacé au sein du budget ordinaire « entretien bâtiment » ?

Quel « marketing » du projet URE dans l’institution ?

  • Qui faut-il mettre au courant au départ ?
  • Faut-il informer les membres de l’institution de ce qui se fait ?
  • Si oui, comment le faire et quand ?

Quelle échelle ?

  • Un projet pour toute l’institution ?
  • Un projet pour les utilisateurs d’un seul bâtiment à la fois ?

Quel planning ?

  • Se tester à petite échelle ?
  • Impliquer tous les acteurs en parallèle dès le départ ?

Quel sera l’indicateur de l’amélioration de la situation ?

…

Pour aller plus loin !

Gérer

 Pour réfléchir à la collaboration des utilisateurs

Gérer

 Pour en savoir plus sur le suivi des consommations.

Il existe aussi des manuels de gestion URE, disponible ici.

Découvrez également le Vademecum « secteur tertiaire » : maîtriser les consommations d’énergie de mes bâtiments

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Plancher des combles en résumé

Plancher des combles en résumé

Lorsque les combles ne sont prévus pour être chauffés, le plancher de celui-ci constitue la limite supérieure de l’espace protégé. C’est donc à ce niveau que doit être posé l’isolant et son pare-vapeur éventuel. Ce qui permet :

On distingue les planchers légers

(en général, constitués d’une structure en bois supportant un plancher en bois et/ou un plafond en plâtre), des planchers lourds (en général, constitué de béton ou de terre-cuite).

Dans les deux cas, on précisera si le plancher des combles doit être circulable, pour permettre le rangement d’objets par exemple.

Les planchers légers

[1]   léger sans aire de foulée

  1. Gîte.
  2. Isolant.
  3. Pare-vapeur.
  4. Finition du plafond.

[2]  Plancher léger avec aire de foulée

  1. Gîte.
  2. Isolant (remplissage partiel).
  3. Pare-vapeur.
  4. Finition du plafond.
  5. Isolant (remplissage complet).
  6. Aire de foulée.

Les planchers lourds

[1]  Plancher lourd sans aire de foulée

  1. Isolant.
  2. Pare-vapeur.
  3. Support lourd.
  4. Finition du plafond.

[2]  Plancher lourd avec aire de foulée

  1. Aire de foulée.
  2. Lambourde (facultative).
  3. Isolant.
  4. Pare-vapeur.
  5. Support lourd.
  6. Finition du plafond.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Comprendre la sensation de froid liée à la distribution

Comprendre la sensation de froid liée à la distribution

Déséquilibre de l’installation

« Il fait toujours froid dans le bureau situé au bout du couloir ».

Si on a vérifié que l’émetteur (radiateur, convecteur) de ce bureau était correctement dimensionné, il est fort à parier que le problème se situe au niveau du débit d’eau chaude qui parvient jusqu’à ce local.

Circulateur trop petit ?

Bien que cela puisse arriver, il est rare qu’un circulateur soit insuffisant ou que cette insuffisance soit la cause d’un inconfort. En effet :

Émission d’un radiateur (en % de la puissance nominale), en fonction du débit (en % du débit nominal) lorsque le radiateur est alimenté à sa température nominale. Par exemple, si le débit chute à 50 % du débit nominal, la puissance ne chute que de 20 %. Pour que le radiateur perde 50 % de sa puissance, il faut que le débit soit diminué de 80 %.

  • Un débit légèrement inférieur au débit nominal du corps de chauffe n’entraîne généralement pas une diminution importante de la puissance émise. Par exemple, une diminution de débit de 30 % n’entraîne une chute de puissance que de 5 %. Inversement, augmenter le débit de la pompe n’apportera qu’un très faible gain de chaleur aux utilisateurs concernés, tout en risquant de perturber les autres locaux jusqu’alors sans problème.
  • Dans les anciennes installations, les circulateurs sont presque toujours largement surdimensionnés (les pertes de charge dans les réseaux de chauffage ont été surestimées, une marge de sécurité a encore été prise sur la calcul, sans compter l’imprécision supplémentaire qui est de mise si l’on remplace un circulateur dont on ne connaît plus les caractéristiques de dimensionnement). Cela est confirmé par une étude Suisse sur plusieurs centaines de bâtiments qui a montré que le débit des installations de chauffage était en moyenne 2,5 fois surdimensionné par rapport aux besoins.

Ce n’est donc qu’en dernier recours que l’on redimensionnera le circulateur en recalculant les pertes de charge du circuit le plus défavorisé.

Déséquilibre ?

Nombreuses sont les installations de chauffage qui présentent des problèmes de manque de chaleur dans les locaux situés en bout de circuit.

Très souvent, la cause de cet inconfort réside dans un déséquilibre de l’installation : les premiers radiateurs « court-circuitent » le débit d’eau chaude, privant ainsi les derniers émetteurs d’un débit suffisant.

Schéma déséquilibre de l'installation.

Lorsque l’installation est déséquilibrée, les premiers radiateurs court-circuitent le débit d’eau. Le manque de débit dans les derniers radiateurs entraîne un manque de chaleur.

La cause de cette mauvaise répartition des débits (appelée déséquilibre) est l’inégalité des pertes de charge entre les différents chemins que peut prendre l’eau dans l’installation : les circuits les plus éloignés de la chaufferie présentent généralement des pertes de charge plus importantes que les circuits proches de celle-ci. Or l’eau étant « fainéante », elle préférera prendre le chemin le plus facile, c’est-à-dire où la résistance hydraulique (ou les pertes de charge) est la plus faible.

Il en résulte un manque de débit dans les circuits éloignés suffisamment important pour créer un inconfort

Améliorer

 Pour éviter ce problème, il faut égaler la résistance hydraulique de chaque circuit, en « freinant » l’eau dans les circuits les plus favorisés. On parle alors d’équilibrage de l’installation. Pour en savoir plus, cliquez ici !

Un indice pour diagnostiquer un déséquilibre

Pour repérer un déséquilibre hydraulique, on peut sentir la répartition des températures dans les radiateurs : un radiateur chaud dans sa partie supérieure mais froid dans sa partie inférieure présente un débit d’alimentation insuffisant (une partie supérieure froide traduit une présence d’air à purger).

Déséquilibre récent ?

Si l’apparition d’une insuffisance de chaleur dans une zone particulière du bâtiment est récente, il faut en rechercher les causes du côté d’une modification de l’installation :

  • embouage d’une partie de l’installation ou blocage d’un élément par des boues,
  • extension des circuits par des repiquages sur les circuits existants,
  • placement de vannes thermostatiques sur une partie seulement de l’installation, ce qui augmente les pertes de charge sur cette partie (si des vannes thermostatiques sont placées sur l’entièreté des corps de chauffe, l’augmentation générale des pertes de charge peut parfois imposer de changer le circulateur pour en augmenter la hauteur manométrique),
  • modification de la régulation (par exemple, placement d’un optimiseur) qui entraînerait des interférences entre les circuits et un mauvais fonctionnement des vannes mélangeuses.

Schéma modification de la régulation.

Si on « repique » un nouveau circuit sur une installation existante et que celui-ci a une perte de charge plus faible que le reste du tronçon sur lequel il est raccordé, l’eau aura tendance à favoriser ce nouveau chemin au détriment du reste de l’installation. Il faut donc prévoir, dans le nouveau circuit, un élément de réglage pour y « freiner » le débit.

Incompatibilité des débits avec un circuit primaire bouclé

Le phénomène

Dans un circuit comprenant un circuit primaire en boucle fermée ou une bouteille casse-pression, ce phénomène apparaît lorsque le débit appelé par l’ensemble des circuits secondaires (qui alimentent le bâtiment) est supérieur au débit que fournit le circuit primaire.

Dans ce cas, une circulation inverse va se créer dans la boucle ou la bouteille casse-pression :

  • Dans le cas d’une boucle fermée, le circuit proche de la boucle va puiser de l’eau froide dans le circuit retour. Il n’atteindra donc jamais sa température de consigne. Et augmenter cette dernière ne servira à rien.
  • Dans le cas de la bouteille casse-pression, c’est l’entièreté du collecteur de départ qui puisera de l’eau froide de retour et aucun des circuits n’atteindra sa consigne.

Circulation inverse dans une boucle fermée lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Circulation inverse dans une bouteille casse-pression lorsque le débit secondaire est supérieur au débit primaire.

Quand cela se produit-il ?

Lors des fortes demandes de chaleur

Lors des fortes demandes de chaleur (par grand froid ou lors des relances), lorsque toutes les chaudières sont en fonctionnement, que toutes les vannes mélangeuses sont ouvertes et que les circulateurs des circuits secondaires ont été surdimensionnés par rapport aux besoins (ce qui est fréquent !).

Par exemple, cela a pour conséquence lors des relances que certaines zones de bâtiment n’atteindront jamais leur température de consigne. Le gestionnaire aura alors tendance d’avancer le moment de la relance ou d’augmenter les consignes de température d’eau, ce qui ne résoudra rien et entraînera une surconsommation. Cela peut également avoir un impact sur le fonctionnement des optimiseurs. En effet, si la température de confort n’est pas atteinte à temps, ceux-ci vont avancer le moment de la relance, peut-être, jusqu’à ce qu’il n’y ait plus du tout de ralenti.

Dans cet exemple, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

En mi-saison

Imaginons le cas d’une installation dont la température du circuit primaire et des circuits secondaires est régulée en fonction de la température extérieure. En mi-saison, une ou plusieurs chaudières se mettent à l’arrêt, ce qui réduit le débit primaire. Par contre, si la température d’eau demandée à la sortie des chaudières est proche de la température demandée au niveau des circuits secondaires, les vannes mélangeuses sont ouvertes en grand, demandant le débit maximum.

Dans ce cas, le débit de la boucle primaire devient inférieur au débit secondaire. Pour compenser le manque de débit d’eau chaude qui en résulte, la pompe du (ou des) dernier(s) circuit(s) de la boucle va puiser de l’eau dans la partie « retour » du collecteur créant une circulation inverse dans la boucle (de B vers A). Ce (ou ces) circuit(s) ne sera(ont) alors pas alimenté(s) à la bonne température, ce qui créera un inconfort pour les occupants.

Le problème est semblable dans une installation avec bouteille casse-pression si la prise de température du circuit primaire est située avant la bouteille.

Circuit primaire avec bouteille casse-pression et régulation en cascade des chaudières en fonction d’une prise de température en amont de la bouteille casse-pression.

Détection du problème

La température au départ du ou des circuits incriminés (avant la vanne mélangeuse) est nettement inférieure que la température du collecteur à la sortie des chaudières. Cette différence de température peut être constatée par simple contact de la main ou grâce à un thermomètre (de contact ou sur la conduite).

Attention aux mauvaises solutions

Une chaudière supplémentaire

On pourrait avoir l’impression que la puissance des chaudières ne suffit pas lors des fortes demandes. Cependant, ceci est une fausse solution. En effet, bien que le problème soit résolu, il ne l’est pas par l’augmentation de la puissance de production mais par l’augmentation du débit primaire.

Un clapet anti-retour ou une vanne fermée dans le bypass

Pour le bon fonctionnement global de l’installation, il est interdit de fermer le bypass sous peine de perturbations et de déséquilibres importants.

Une pompe plus grosse pour le dernier circuit

Ici aussi, on pourrait imaginer que le problème vienne d’un sous-dimensionnement de la pompe du dernier circuit. Cependant, installer une pompe plus grosse ne ferait qu’accentuer le problème, puisqu’on ne ferait que puiser plus d’eau froide sur le retour.

Déconnection de la cascade de chaudières

Si la cascade est régulée en fonction des conditions extérieures, on aurait tendance à déconnecter la régulation en cascade pour permettre à toutes les chaudières de fonctionner en parallèle. Ceci est une très mauvaise solution car on perdrait tout l’intérêt de posséder une cascade.

Les solutions adéquates

Si le problème est lié à un surdimensionnement des pompes secondaires, c’est-à-dire si le problème persiste en mi-saison, même lorsque l’on force le fonctionnement en parallèle des chaudières (déconnection momentanée de la régulation en cascade, on améliorera la situation en « freinant » le débit puisé par les circuits secondaires :

  • soit idéalement par des pompes plus petites ou en diminuant la vitesse des pompes existantes,
  • soit en plaçant des vannes d’équilibrage à l’entrée des circuits, ce qui permettrait de diminuer les débits puisés dans les premiers circuits, augmentant ainsi la quantité d’eau chaude disponible pour le dernier circuit.

Améliorer

 Réduire la vitesse des circulateurs ou équilibrer l’installation.

Si le problème est lié à la régulation atmosphérique des chaudières (en fonction de la température extérieure), c’est-à-dire s’il n’apparaît qu’en mi-saison lorsqu’une des chaudières est à l’arrêt (et isolée par l’arrêt de son circulateur et/ou d’une vanne d’isolement), on améliorera la situation :

  • soit en augmentant la température de consigne des chaudières (augmentation de la courbe de chauffe). 10 .. 15 °C d’écart entre la consigne des chaudières et la consigne des circuits secondaires peut être suffisant;
  • soit, dans le cas d’une bouteille casse-pression, en déplaçant la mesure de température commandant les chaudières, après la bouteille.

Dans les deux cas, cela aura malheureusement pour conséquence d’augmenter la température de départ des chaudières et donc leurs pertes.

Calculs

 Pour visualiser la possibilité d’incompatibilité des débits qui apparaissent lorsque l’on est en présence d’une installation équipée d’un collecteur bouclé ou d’une bouteille casse-pression et de plusieurs chaudières régulées en cascade, cliquez ici !

Interférence entre les circuits avec des pompes de recyclage

Le phénomène

Souvent dans les circuits en boucle ouverte, une pompe de recirculation est installée en bypass sur la ou les chaudières pour garantir un débit et une température minimum de retour pour les chaudières.

Si la perte de charge dans la chaudière est plus importante que la hauteur manométrique à débit nul de la pompe de recyclage (chaudière à faible contenance en eau), il est possible que le sens de la circulation s’inverse dans le bypass malgré le fonctionnement de la pompe. Ceci peut arriver lorsque la demande de débit est importante (toutes les vannes 3 voies sont ouvertes, à la relance matinale, par grand froid, ou si en mi-saison, la température de la chaudière et identique à la température demandée par les circuits). Dans ce cas, il se produira un mélange d’eau chaude et froide à la sortie de la chaudière. La température de l’eau distribuée sera donc inférieure à la température espérée et le bâtiment n’atteindra jamais sa température de consigne.

Circulation inverse dans le by-pass, malgré le fonctionnement de la pompe de recyclage.

Attention, ce problème peut être inexistant avec des anciennes chaudières ayant des pertes de charge faibles (grand volume en eau) et apparaître subitement lors d’un remplacement de chaudières, si les nouvelles chaudières sont à faible contenance en eau.

Détection du problème

La température au début du circuit de distribution est inférieure à la température de la chaudière.

Attention aux mauvaises solutions

Le placement d’une vanne anti-retour sur le bypass est une mauvaise solution.

Le circulateur risque de tourner dans son jus au moment de l’inversion de débit, ce qui peut entraîner sa détérioration par cavitation.

Les solutions adéquates

Courbe caractéristique d’un circulateur.

  • Changer de circulateur pour que sa hauteur manométrique à débit nul soit supérieure à la perte de charge maximale de la chaudière (quand le débit est maximal).
  • Le circulateur de recirculation peut être mis en série sur le retour des chaudières.

Placement du circulateur de recyclage sur le retour des chaudières.

Calculs

 Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

Mauvais fonctionnement des vannes de régulation : les vannes 2 ou 3 voies oscillent tout le temps

Si les vannes de régulation 2 ou 3 voies oscillent continuellement, le problème n’est pas à rechercher au niveau du régulateur mais au niveau de la disposition du circuit hydraulique.

Mauvais dimensionnement des vannes

Une première cause d’oscillation des vannes est leur mauvais dimensionnement. Un dimensionnement au « pif » d’une vanne de régulation conduit généralement la vanne à travailler dans des conditions limites (par exemple proche de sa fermeture) pour lesquelles seul un fonctionnement en tout ou rien lui sera possible.

Dans une nouvelle installation, il faut donc bien veiller à ce que le bureau d’études ou l’installateur dimensionne correctement les vannes en fonction du débit nominal du circuit et des pertes de charge.

Circuit primaire ouvert

Dans le cas d’un circuit sans pompe primaire, lors de l’ouverture d’une vanne 3 voies, la modification des caractéristiques hydrauliques de l’installation oblige les autres vannes 3 voies à réagir pour compenser cette modification.

Ce problème apparaît souvent lorsqu’on équipe une ancienne installation avec collecteur non bouclé, et sans régulation, d’une régulation par circuit avec vannes mélangeuses et sonde extérieure.

Solution

Il faut dissocier les circuits primaires et secondaires par l’installation, idéalement d’une bouteille casse pression ou d’un bypass, simple tuyau légèrement plus gros que les tuyauteries de distribution oi l’installation d’un ou plusieurs pompes primaires calculées en fonction du débit nominal des chaudières et de leur perte de charge.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Chauffage par le sol

Chauffage par le sol

Principe général

Le chauffage par le sol consiste à chauffer l’entièreté de la surface de plancher à une température maximale de 29 °C. La transmission de chaleur vers l’ambiance se fait alors principalement par rayonnement (de 20 à 30 % de convection).

Deux sources d’énergie peuvent être utilisées :

  • L’électricité, par exemple sous la forme d’une « feuille chauffante » parcourue par un courant et placée sous le revêtement de sol.
  • L’eau chaude, sous forme d’une conduite qui parcourt la chape de plancher suivant un maillage plus ou moins serré.

Chauffage par le sol électrique.

Chauffage par le sol à eau chaude.

Pour éviter des pertes de chaleur importante vers le dessous du plancher, celui-ci doit présenter une isolation suffisante.

Calculs

  Pour estimer la perte d’un chauffage par le sol situé au-dessus d’une cave, en fonction du degré d’isolation (xls)

Intégration dans le plancher

On distingue :

  • Le chauffage par le sol au mouillé dans lequel les tuyaux de chauffage sont entièrement noyés dans la chape de béton (chape de 5 cm). Ce système est a priori le moins cher. C’est celui qui présente le plus d’inertie thermique (toute la masse de béton est chaude), il ne permet guère l’intermittence et réagit difficilement aux apports de chaleur gratuits (ensoleillement).

Chauffage par le sol noyé dans la chape.

  • Le chauffage par le sol demi-sec dans lequel les tuyaux de chauffage sont posés sur un isolant comportant des rainures. Un treillis de protection est placé par dessus. Celui-ci sert aussi de distributeur de chaleur. Un chape est coulée par dessus. Ce système permet une meilleure diffusion de la chaleur (moins de perte vers le bas) et un durée de vie plus importante des conduites.

Conduit de chauffage disposé entre plots.

  • Le chauffage par le sol à sec. Ici aussi, les tuyaux de chauffage sont disposés dans un isolant préformé. Des profilés métalliques sont placés au-dessus et en dessous des tuyaux et des plaques en acier recouvrent l’ensemble. Une chape n’est plus nécessaire. Le revêtement de sol peut être placé directement sur les plaques en acier. Ce système peut être considéré comme le meilleur, car il permet une dilatation sans contraintes des tuyaux et présente une inertie thermique réduite.

Chauffage par le sol d’une salle de sport :
le système est intégré dans un plancher amortisseur.

Ces planchers rayonnants à faibles inertie sont généralement appréciés pour le chauffage dans des bâtiments fortement isolés pour sa réactivité et en rénovation pour sa faible hauteur.

Ils sont généralement composés d’un tuyau en polyéthylène réticulé, clipsé dans un diffuseur, le tout est posé sur un support (bois ou  isolant généralement). Le plancher est ensuite recouvert d’un revêtement (carrelage, parquet).

Ce système peut également être utilisé comme rafraîchissement en été avec par exemple l’utilisation d’une pompe à chaleur réversible.

Schéma principe plancher rayonnant à faible inertie.

  1. Sous structure;
  2. support (mdf, isolant,…);
  3. – 5.  diffuseur en aluminium;
  4. tube en polyéthylène réticulé;
  5. revêtement final (collé plein bain).

Tuyaux pour chauffage par le sol

La plupart des installations (90 % des planchers chauffants) sont équipées de tuyaux en polyéthylène réticulé repris sous les sigles PE-X ou PER.

Réticulé ?

Afin de pouvoir utiliser le polyéthylène dans des applications à haute température et forte pression, il faut améliorer les caractéristiques du matériau. C’est le but de la « réticulation ». La réticulation est un procédé chimique ou physique qui consiste à créer des liaisons chimiques entre les chaînes de molécules pour créer une structure en trois dimensions extrêmement résistante et insensible aux griffes.

La qualité finale du matériau dépend de la qualité de la réticulation : un degré de réticulation trop élevé rend le matériau cassant; un degré trop bas diminue la température maximale admissible. Il faut en outre que la réticulation soit homogène dans le matériau.

Trois types de polyéthylène

Il existe trois types de polyéthylène : HDPE (Polyéthylène Haute Densité), MDPE (Polyéthylène Moyenne Densité), LDPE Polyéthylène Basse Densité). Le HDPE est le plus utilisé pour la réticulation et est à conseillé pour la chauffage par le sol.

Il faut éviter les MDPE et LDPE, voire même les polyéthylènes non réticulés qui existent aussi sur le marché, mais qui présente une résistance nettement inférieure au PE-X HDPE.

Le PE-X est perméable à l’oxygène, ce qui constitue un risque de corrosion pour les éléments en acier de l’installation. C’est pourquoi les tuyaux destinés à l’utilisation en chauffage doivent être pourvus d’une barrière anti-oxygène. Cette protection est généralement extérieure et en matière synthétique.

Actuellement, les tubes en matière synthétique connaissent une application sans cesse croissante dans les installations de chauffage. C’est pourquoi, pour garantir l’adéquation du matériau choisi à l’application, il est recommandé de s’appuyer sur les systèmes disposant d’un agrément technique de l’UBAtc.

Régulation

On peut imaginer deux principaux modes de régulation pour le chauffage par le sol :

  • en fonction de la température extérieure,
  • en fonction de la température intérieure.

Il est également possible de maintenir une température d’eau constante dans l’installation (par exemple, 30°C), quelles que soient les conditions climatiques. Ce mode de conduite ne peut cependant convenir que si le chauffage par le sol n’est qu’un chauffage d’appoint (de base) et que la majorité de la puissance de chauffe est fournie par un autre système (radiateurs, convecteurs).

La régulation en fonction de la température intérieure est à déconseiller car elle conduit presqu’inévitablement à de l’inconfort.

Exemple.

Au moment de la relance matinale, il existe un écart important entre la température ambiante et la consigne. La sonde demande une production d’énergie maximale. Lorsque la température ambiante est atteinte, la masse du plancher a accumulé trop d’énergie, ce qui induit une température excessive dans la pièce.

Les apports d’énergie gratuite (soleil, personnes, …) sont détectés par la régulation mais l’inertie thermique du plancher retarde l’effet de la coupure. Il est possible qu’au moment où cet effet se fait réellement ressentir (2 à 3 heures plus tard), les apports aient disparus. Il y aura alors un manque d’émission qui , à son tour, ne pourra être compensé que très lentement.

Il est donc préférable de prévoir une régulation de la température d’eau en fonction de la température extérieure. Cependant, cette dernière ne donnera pleinement satisfaction que si les apports de chaleur par l’ensoleillement ne sont pas prépondérants et si l’usage du bâtiment n’est pas fortement intermittent.

Si ces conditions ne sont pas remplies, même le meilleur régulateur ne pourra donner satisfaction, principalement pour les systèmes à très forte inertie thermique (tuyaux noyés dans une chape).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mettre en place un stockage d’énergie frigorifique [Climatisation – améliorer]

Mettre en place un stockage d'énergie frigorifique

Choix entre les différentes technologies

L’objectif est de fabriquer et de stocker l’énergie frigorifique avant son utilisation, par exemple la nuit.

Deux types de technologie existent sur le marché :

  • soit des réservoirs d’eau très froide, sortes d’énormes ballons « tampon », qui sont des réservoirs à « chaleur sensible« .
    Le bac constitue une réserve d’eau à 5°C, un tampon mis en série dans l’installation. On pourra en disposer facilement au moment de la pointe. Mais la capacité de stockage est faible… L’objectif est seulement de délester le groupe frigorifique durant quelques minutes sur le quart d’heure critique.
  • soit des réservoirs de glace, sous forme de barres de glace ou sous forme de nodules, qui sont des réservoirs à « chaleur latente« .
       

    L’installation (et sa régulation) est plus coûteuse, mais nettement plus efficace ! Il est possible de stocker 80 fois plus d’énergie dans un litre d’eau qui gèle que dans un litre d’eau que l’on refroidit d’1 degré ! Le projet est alors véritablement de diminuer l’équipement frigorifique (au lieu de deux machines de 300 kW, c’est une machine de 300 kW et un stockage de glace qui est installé) et de réaliser un écrêtage de la puissance électrique durant plusieurs heures.

Avantages et inconvénients

Avantages

  • Le kWh frigorifique produit la nuit et/ou en dehors des heures de pointe revient nettement moins cher.
  • Si la réserve 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.
  • Nouvelles installations : 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.
  • Installations existantes : augmentation de 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).
  • Diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.
  • Augmentation de la durée de fonctionnement des compresseurs (à la limite, fonctionnement 24 h/24), ce qui améliore leur rendement moyen.
  • 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 informatiques.
  • Pour les grands bâtiments, le réservoir d’eau obligatoire pour la protection incendie peut parfois être utilisé comme bâche d’eau glacée.

Inconvénients

  • Aucun gain sur le bilan énergétique thermique ! Même plutôt quelques pertes de frigories durant le stockage … C’est essentiellement une opération tarifaire, financière et non énergétique.
  • 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.

  • L’installation est plus complexe et nécessitera une régulation pour la gestion des cycles charge-décharge.
  • Le stockage thermique est volumineux et sera donc généralement limité à une part de la consommation journalière.

La démarche à suivre

Le choix de la mise en place d’un stockage de froid nécessite d’analyser correctement le profil de consommation du circuit froid.

Fixer les objectifs du stockage

De multiples combinaisons entre capacité de stockage, puissance de déstockage et puissance frigorifique sont possibles.

Il est donc utile de préciser les objectifs visés par le stockage : diminution de la pointe quart-horaire ? Diminution de la puissance frigorifique installée ? Réduction de l’encombrement des condenseurs/tours de refroidissement en toiture ? Réserve stratégique de froid en cas de rupture de la machine frigorifique ?…

On distingue de multiples stratégies d’utilisation.

Par exemple :
Un stockage total de la charge frigorifique durant la nuit.

Un stockage partiel pour limiter la pointe frigorifique.

Un stockage partiel avec une utilisation spécifique à la gestion de la pointe quart horaire.

Seul un bilan financier global (coût d’investissement initial et coût d’exploitation associé) de chaque configuration peut permettre de sélectionner la combinaison optimale.

Vérifier l’encombrement

Les réservoirs de stockage sont parfois adoptés parce qu’ils permettent une diminution de l’encombrement des tours de refroidissement en toiture.

Par contre, ils nécessitent de la place à l’intérieur du bâtiment… Dans certains cas, le stockage est enterré dans le sol, devant le bâtiment ou sous celui-ci.

On tiendra compte également du poids supplémentaire sur la structure du bâtiment, ainsi que des pressions d’eau atteintes suivant la configuration du réseau.

Etablir le profil des charges

Au contraire des systèmes de refroidissement classiques où il suffit de connaître la puissance de refroidissement maximale pour pouvoir faire son choix, l’accumulation de glace exige un profil de charge.

Il s’agit d’une présentation graphique (ou sous forme de tableau) de la charge de froid demandée en fonction du temps, et ce pour la journée de l’année où la charge de refroidissement est la plus importante (journée de référence, celle servant de base à la conception).

Le profil de charges est, en général, sous forme d’une courbe en cloche, dont la surface représente de 60 à 80 % de la surface du rectangle dans lequel la courbe s’inscrit. Ce pourcentage est appelé « facteur de simultanéité ». Plus ce facteur est bas, plus le rendement de l’installation sera défavorable.

Si la puissance maximale atteinte varie en fonction de la saison, la forme du diagramme reste relativement stable.

Etablir un scénario de charge et de décharge

Qui fait quoi et à quel moment ?

Voici 2 exemples :

  • L’objectif est de réduire la pointe électrique : le délesteur de charge arrête la machine frigorifique au moment critique et le réservoir prend le relais.
  • L’objectif est de garantir du froid en cas de panne du secteur : pour la sécurité du refroidissement du local informatique, un réservoir restera en permanence en glace, en stand-by pour le cas où… Dans ce cas, le groupe électrogène de secours doit seulement alimenter la pompe qui va envoyer l’eau glacée sur la glace.

Le dimensionnement des équipements et leur régulation est fonction des objectifs recherchés…

La sélection du groupe frigorifique

Une machine frigorifique capable de préparer de la glace se distingue de celle destinée uniquement à la préparation de l’eau glacée :

  • La préparation de la glace requiert une température à l’évaporateur de plusieurs degrés sous zéro (de – 4° à – 10°C, en fonction du type de stockage choisi), alors que l’eau glacée se prépare généralement avec une température d’évaporation réglée sur + 2°C.
  • Si le stockage de l’énergie frigorifique est partiel, la même machine produira la glace la nuit et l’eau glacée le jour. Elle doit donc pouvoir s’adapter aux deux températures d’évaporation différentes.
  • La machine frigorifique travaillant de nuit, la machine doit être prévue pour pouvoir travailler avec une température de condensation réduite et profiter ainsi d’un coefficient de performance (« COPfroid » ou « efficacité frigorifique ») amélioré (les machines standards fonctionnent avec des températures de condensation élevées en permanence). En général, ceci suppose la présence d’un détendeur électronique, capable de s’adapter aux fluctuations de température de condensation.
  • Le système choisi requiert parfois la mise en place d’un fluide secondaire, type eau glycolée.

Même s’il est possible d’utiliser les machines standards, il sera toujours utile de procéder à une analyse spécifique pour ce type d’application. Notamment pour sélectionner le type de fluide frigorigène adapté à la fluctuation de température souhaitée, tant à l’évaporateur qu’au condenseur.

On sera particulièrement attentif à l’isolation des équipements  : une isolation étanche à la vapeur pour éviter la condensation et la formation de glace. Cette isolation doit être scellée avant les essais.

La répartition des charges frigorifiques

La charge frigorifique doit être répartie entre la machine frigorifique et le stockage.

À titre d’exemple, considérons le profil de charge suivant :

Les besoins effectifs journaliers sont de 750 kWh. Une puissance maximale de 100 kW n’est requise que durant 2 heures sur un total de 10 heures d’exploitation.

On distingue deux principes de sélection des équipements :

Accumulation complète (Full Storage)

Dans le cas de ce système, on stocke dans la glace toute la quantité de froid nécessaire pour une journée complète. La machine frigorifique est arrêtée en journée et seule la glace en cours de fonte assure le refroidissement.

Il en résulte un système d’accumulation de glace très imposant, mais les coûts d’exploitation sont faibles (toute l’énergie est produite au tarif de nuit).

La puissance de la machine frigorifique est déterminée par le rapport entre l’énergie totale à accumuler (ici 750 kWh) et la durée de la période de production en Heures Creuses (ici 14 heures).

750 kWh / 14 h = 54 kW

Ce système est rarement appliqué, à cause du coût d’investissement et de l’espace disponible très élevés.

Accumulation partielle (Partial Storage)

Dans ce système, la même machine frigorifique réalise :

  • la préparation de glace durant la nuit,
  • le refroidissement partiel de l’eau glacée durant la journée, en étant alors secondée par la fonte de la glace.

La machine frigorifique fonctionnera donc 24 heures sur 24 lors de la journée de référence. Elle est alors dimensionnée en fonction de la charge de froid totale sur les 24 heures (ici 750 kWh en 24 heures) plutôt que sur la base de la charge de pointe (ici 100 kW).

En appelant :

    • Pc = puissance compresseur en direct
    • Pr = puissance réduite du compresseur la nuit = f x PC
    • f  = 3 % par °C d’abaissement de la température à l’évaporateur (valeur typique), soit une perte de puissance de 30 à 35 % en fonctionnement de nuit par rapport au fonctionnement de jour
    • En = énergie frigorifique journalière
    • Td = Temps de fonctionnement de la machine en direct
    • Ts = Temps de fonctionnement de la machine en phase de stockage de glace

La machine sera dimensionnée par :

en = Td x PC + Ts x Pr

d’où :

  • en = Td x PC + Ts x f x PC
  • PC = en / (Td + Ts x f )
Exemple de sélection

Pour expliquer la méthode de sélection, nous avons choisi de recourir à un exemple d’une installation selon le principe de fonte interne.

* A supposer

  • une charge de pointe de 1 000 kW,
  • un régime de température de 12°C / 7°C,
  • un refroidissement nécessaire entre 8 heures du matin et 18 heures (soit 10 heures),
  • une charge de refroidissement totale 8 000 kWh.

* Il est demandé

La sélection d’un système d’accumulation de glace pour une machine frigorifique aussi petite que possible.

* Solution

La plus petite machine frigorifique est celle qui tourne 24 heures sur 24.

Pour faire de la glace, la machine frigorifique produira du glycol à une température négative (ex : – 5°C). Mais, pendant la journée, la machine frigorifique fonctionnera à des températures positives dans la mesure où elle devra seulement pré-refroidir le glycol à 12°. Sa puissance étant limitée, la glace assurera le post-refroidissement.

Les caractéristiques de fonctionnement de la machine frigorifique ne sont donc pas identiques pour la production de glace et pendant la journée. La nuit, lors de la fabrication de la glace, la machine présente une puissance de l’ordre de 65 à 70 % de la puissance nominale. Cette valeur de 70 % n’est qu’indicative et devra donc être vérifiée a posteriori avec les fournisseurs de la machine frigorifique en fonction des températures d’évaporation et de condensation réelles.

Dans notre exemple, nous avons un temps de fabrication de glace de 14 heures et un temps de fonte de 10 heures. La machine frigorifique fonctionnera donc 10 heures à 100 % de capacité et 14 heures à 70 % de capacité. La quantité totale de froid à fournir est de 8 000 kWh. Dès lors, si nous comparons le froid produit au froid nécessaire, nous obtenons :

(10 h x 100 % de cap.) + (14 h x 70 % de cap.) = 8 000 kWh

cap. x (10 + 14 x 0,7) = 8 000 kWh

cap. = 404 kW

La machine frigorifique fournira donc 404 kW pendant la fonte et 70 % de cette valeur pendant la fabrication de glace, soit 283 kW.

La puissance de stockage de glace nécessaire est alors égale au temps de fabrication multiplié par la puissance de production de froid pendant la fabrication, soit :

14 heures x 283 kW = 3 960 kWh.

On trouve la même puissance de stockage en soustrayant de la charge totale de froid de 8 000 kWh la puissance de froid fournie par la machine frigorifique pendant la fonte :

8 000 kWh – (10 h x 404 kW) = 3 960 kWh.

*Conclusions

Il faut un appareil d’accumulation de glace d’une puissance de stockage minimale de 3 960 kWh.

Si le réservoir présente une capacité de 50 kWh/m³, il faudra prévoir un stockage de :

3 960 / 50 = 80 m³

Attention à la température de restitution de la glace !

La méthode de sélection ci-dessus est une première approche simplifiée !

Ainsi, il faut également vérifier si l’appareil d’accumulation de glace peut garantir la puissance de fonte souhaitée à la température demandée (ce n’est pas tout d’avoir les kWh, encore faut-il qu’ils soient restitués à une température suffisamment basse !).

Pour des applications exploitant le principe de la fonte externe, cela ne pose généralement pas de problème dans la mesure où un réservoir peut être complètement fondu en 2 heures à une température d’eau de 1 à 2°C. Dans le cas de la fonte interne, en revanche, il est conseillé d’examiner cet aspect avec le fabricant, étant donné que la puissance de fonte est nettement inférieure et dépend en outre dans une large mesure de la quantité de glace restante. Généralement, on admet dans le cas de la fonte interne que la puissance de fonte restante est d’autant plus faible que la quantité de glace restante est petite. Mais cette situation est améliorée si une pompe à air pulse des bulles d’air au fond du réservoir. L’agitation est favorable à l’homogénéité des températures, notamment par bris de la glace en fin de fonte interne.

Dans notre exemple, la puissance de fonte la plus importante à fournir est de :

1 000 kW – 404 kW = 596 kW
(puissance de pointe – capacité de la machine frigorifique).

Comparé à la puissance de stockage de l’appareil d’accumulation de glace (3 960 kWh), il s’agit d’un temps de fonte « équivalent » de 6,2 heures. Avec les systèmes de fonte interne couramment utilisés, on peut alors s’attendre à des températures de fonte autour de 5°C. Cela convient donc pour la température demandée de l’ordre de 6°C.

Le fournisseur dispose de logiciels de dimensionnement plus élaborés qui vérifieront si la température lors de la décharge reste compatible avec la demande.

Études de cas 

 Un exemple d’analyse de l’évolution de la température, issue d’un logiciel de ce type, est donné dans les études de cas.

Le dimensionnement du réservoir de stockage

Capacité d’un stockage eau

La chaleur sensible de l’eau est de 1,163 kWh/m³.K.

La capacité de stockage dépend dès lors du régime de fonctionnement :

  • En régime 5°/12°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 7°C, soit une réserve de 8,14 kWh/m³.
  • En régime 5°/15°C, un m³ d’eau stocké à 5° dispose d’un delta T° = 10°C, soit une réserve de 11,63 kWh/m³.

Pour stocker 1 000 kWh, il faudra 123 m³ sous un delta T° = 7°C, et 86 m³ sous un delta T° = 10°C.

Capacité d’un stockage glace

La chaleur latente de cristallisation de l’eau est de 93 kWh/m³ (en eau), soit de 84,5 kWh/m³ (en glace). en quelle sorte, on pourrait parler d’une capacité de stockage équivalente, en chaleur sensible, à un delta T° de l’ordre de 80°C ! Et cette propriété peut encore être renforcée par l’addition d’un sel eutectique dans l’eau.

Mais en pratique, l’entièreté d’un m³ de stockage ne se transforme pas en glace, ne fût-ce que pour pouvoir encore laisser passer le fluide caloporteur.

Aux valeurs de stockage en chaleur latente, on peut ajouter la chaleur sensible, en eau et en glace, fonction des niveaux de température atteints.

Les valeurs moyennes suivantes peuvent être prises :

Capacité de stockage

Volume pour 1 000 kWh
Bac à eau chal. latente 40 kWh/m³ 25 m³
chal. sensible et latente 50 kWh/m³ 20 m³
Bac à glace chal. Latente 48 kWh/m³ 21 m³
chal. Sensible et latente 58 kWh/m³ 17 m³
Nodules chal. Latente 40 à 50 kWh/m³ 25 à 20 m³
chal. Sensible et latente 50 à 60 kWh/m³ 20 à 17 m³

On constate que, en moyenne, un m³ de stockage en « glace » emmagasine 4 à 6 fois plus de froid qu’une bâche de stockage en « eau glacée ».

Ces valeurs permettent de dimensionner grossièrement le système. Les fabricants disposent d’outils de simulation permettant d’affiner ce calcul.

Études de cas 

 Un exemple de dimensionnement pour une installation de 500 kW frigorifique est donné dans les études de cas.

Les schémas d’installation

Stockage d’eau glacée

Les schémas d’installation diffèrent en fonction de la place relative du ballon par rapport au chiller.

 Pour plus d’informations :  cliquez ici !

Stockage de glace

Les schémas de principe sont basés sur trois types de configuration :

  • Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en aval des bacs de stockage.
  • Stockage en série avec la charge, la machine frigorifique étant en amont des bacs de stockage.
  • Stockage en parallèle avec la charge.

Voici différents schémas possibles extraits de l’ouvrage « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions.

Stockage de glace dans des réservoirs à faisceaux tubulaires.

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Stockage de glace en parallèle avec réservoir à nodules.

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Études de cas 

 Un exemple de schéma d’une installation existante est donné dans les études de cas.

Régulation du système stockage-chiller

La régulation du système « stockage – machine frigorifique » est fonction de divers paramètres :

  • l’importance relative du stockage par rapport aux besoins journaliers,
  • la configuration du système (série amont, série aval, parallèle),
  • les objectifs stratégiques (puissance frigorifique minimale, gestion de la pointe ¼ horaire, conservation d’une réserve de froid permanente pour la salle ordinateur en cas de défaillance du groupe frigorifique,…),
  • …

Si le stockage est total, la gestion est simple : le stockage assure les besoins journaliers totaux. Une simple vanne trois voies motorisée ajuste l’offre à la demande. Dans certains cas, il est même possible de profiter des Heures Creuses du week-end pour précharger le stockage au maximum.

Si le stockage est partiel, on distingue deux possibilités :

  • Chiller prioritaire : la machine frigorifique assure la charge permanente de base, tout en disposant de l’appoint du stockage pour vaincre les pointes. Ce système permet de charger le compresseur de façon constante, ce qui est l’idéal pour son rendement.
  • Stockage prioritaire : la charge de base est couverte par la décharge du stockage. La machine frigorifique est prévue pour couvrir les pointes de la journée. Ce système, qui suppose une capacité de stockage plus importante, valorise davantage les kWh frigorifiques produits la nuit, mais pénalise la machine frigorifique dans son fonctionnement direct.

Quelques schémas d’installation pratiques sont proposés dans la publication « Production de chaud et de froid » de Bouteloup chez Pyc Éditions.

Exemples de scénarios possibles avec une GTC

> « Stockage total » : pour les mois de novembre, décembre, janvier et février, le stockage a été dimensionné pour fournir seul les besoins de froid. L’installation fonctionnant en tarif horo-saisonnier, il est très important de limiter au maximum les pointes de puissance. La machine frigorifique sera donc délestée.
> « Priorité stockage » : en mi-saison, la priorité est donnée à la décharge du stockage, avec appoint de la machine frigorifique en fin de journée et durant les pointes.
> « Priorité chiller » : en été, c’est la machine frigorifique qui assure la base et le stockage est utilisé pour couvrir les pointes grâce à la rapidité de l’apport frigorifique qu’il permet. Lorsque vient la fin de la journée, le système bascule en mode « déstockage uniquement » afin de vider l’excédent. La décision de basculer est prise par la GTC en fonction de divers paramètres. Suivant les cas on prendra en compte : l’épaisseur de glace restante, la température extérieure, l’ensoleillement, l’heure dans la journée, l’historique des deux derniers jours, l’historique de l’année précédente,… Un tel modèle, mis au point progressivement, permet des économies importantes à terme. Toute la difficulté consistant à conserver une réserve de froid suffisante pour une pointe éventuelle !
> « Charge nocturne » : cette charge peut être démarrée « au plus tard », afin d’être juste suffisante en début de journée. Un historique peut permettre d’optimaliser le moment de la relance en fonction des besoins.
> Le fin du fin : si l’on prévoit quelques besoins de relance de chauffage dans le bâtiment en début de journée, une récupération de la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique est possible; la préparation du froid de l’après-midi génère le petit coup de chaleur du matin, le stockage faisant office de réservoir tampon entre ces deux besoins !

Évaluation de la rentabilité

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,…
  • 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.

En effet, prenons le tarif « binôme A – Éclairage » :

Le prix du kWh de jour est de 6,25 c€/kWh (HTVA) contre 4,33 c€/kWh la nuit. En passant d’une production de jour vers une production de nuit, l’économie est donc de 31 %. 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 (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 les 4 mois d’hiver sera très rentable : 14 €/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 ?

La réception du matériel

Lors de la réception du matériel, il sera bon de vérifier :

Au niveau du circuit hydraulique :

  • la concentration en glycol à plusieurs endroits du circuit,
  • l’isolation des circuits et des vannes,
  • la stabilité hydraulique (équilibrage) dans tous les modes de fonctionnement du réseau, avant même d’enclencher le groupe frigorifique,
  • les débits et les pertes de charge dans diverses configurations (pour vérifier notamment si on a tenu compte de la viscosité du glycol lors de la sélection des pompes),
  • les points repris dans la régulation et la stratégie de commande choisie,
  • la protection du circuit secondaire éventuel (boucle d’eau glacée vers les ventilos, par exemple) contre tout risque de gel.

Au niveau du stockage :

  • le niveau d’eau dans le réservoir,
  • le débit et les températures lors de la charge et de la décharge.

Au niveau de la machine frigorifique :

  • la charge effective du stockage dans les conditions prévues et les températures d’évaporation spécifiées, et ceci dans le temps prévu.

Plusieurs essais sous des régimes différents seront nécessaires. On tiendra compte du fait que lors de la première mise en charge, la température initiale du bac est plus élevée que celle en régime (généralement autour des 5°C). Le premier temps de charge sera donc plus long.

La maintenance

La maintenance d’un stockage de glace est faible. On suivra les recommandations du fabricant, dont la vérification régulière de la concentration en eau glycolée.

La présence de vannes d’isolement doit permettre de démanteler facilement le réservoir de stockage sans interrompre le restant du circuit.

Si l’isolation doit être remplacée, on sera attentif à sécher au préalable soigneusement la zone traitée et à rétablir l’étanchéité au passage de la vapeur d’eau afin d’éviter la corrosion ultérieure des installations.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Théorie des supports antivibratiles

Théorie des supports antivibratiles

Fréquence propre et résonance d’un système

Tirez sur une masse suspendue au bout d’un élastique, puis lâchez la : elle reviendra à la position de repos avec une fréquence qui sera toujours identique. Lancez une balançoire d’enfant, l’amplitude va se réduire progressivement jusqu’à l’arrêt, mais la fréquence d’oscillation restera constante.

Cette fréquence d’oscillation avec laquelle un système élastique quelconque (mécanique, acoustique, …) revient à sa position d’équilibre après avoir été sorti de celle-ci par une force extérieure, est appelée fréquence propre du système.

Si la fréquence d’excitation est égale à la fréquence propre du système, celui-ci « entre en résonance » et le mouvement a tendance à s’amplifier, entraînant des oscillations parfois dangereuses. Quand on pousse une balançoire, on s’arrange pour se synchroniser avec la fréquence propre de la balançoire, pour ne pas la recevoir dans la figure, d’une part, mais surtout pour amplifier le mouvement. Sans le savoir, celui qui pousse « entre en résonance » avec la balançoire… !

D’autres exemples :

  • Le pont suspendu de Tacoma aux États-Unis qui est entré en résonance avec les rafales de vent et qui a été détruit.
  • Un verre mis en vibration par un diapason posé à côté.
  • La vibration de « vieilles » voitures à certaines vitesses de rotation du moteur.
  • …

Fonctionnement d’un support antivibratile

Pour réduire la propagation des vibrations de certains appareils (compresseurs, ventilateurs,…) à la structure du bâtiment, on insère des supports élastiques entre l’équipement et la dalle qui le supporte. On parle de « Silentblocs » ou de « supports antivibratiles ».

L’ensemble « équipement-support » constitue un système « masse-ressort », soumis aux lois de la mécanique des vibrations, et disposant dès lors d’une fréquence propre.

On admet généralement que le système ne dispose que d’un seul degré de liberté : il produit des efforts uniquement verticaux sur son support. Dans ce cas, la fréquence propre de vibration du système est donnée par :

fo = (1/2π) x (k/m) 1/2

où,

  • k est la raideur du ressort constitué par les plots antivibratiles (rapport de l’effort transmis sur le déplacement correspondant, exprimé en N/m)
  • m est la masse de l’équipement et de son socle éventuel en kg.

Si le plot élastique est souple et la masse de l’équipement est élevée, le rapport k/m sera faible et donc la fréquence propre sera basse.

Si la fréquence d’excitation de la machine est proche de la fréquence propre du système, il y aura résonance et amplification des déplacements.

Amplification de la vibration en fonction du rapport entre la fréquence d’excitation de la machine et la fréquence propre du système

Par contre, pour permettre une bonne atténuation des vibrations, la fréquence propre du système antivibratile doit être 3 à 4 fois inférieure à la fréquence excitatrice.

Pour dimensionner correctement les plots antivibratiles, il faudra donc connaître :

  • La masse de l’équipement et la répartition de cette masse sur son assise, afin de répartir la position des plots pour qu’ils donnent la même fréquence propre.
  • La fréquence excitatrice liée à la vitesse de rotation du moteur ; s’il s’agit d’une machine tournante, la fréquence excitatrice est déduite de la vitesse de rotation N par la relation f = N/60 [Hz].
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

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 sur un matelas de laine minérale ou de mousse plastique souple, pour les fréquences propres moyennes ou aiguës.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la consommation des fax

Évaluer la consommation des fax

Puissance en fonction du mode de fonctionnement

Le marché étant tellement vaste, on se réfère à une étude menée par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! Energy Star qui intègre sur son site un module de calcul des consommations de différents équipements de bureautique.

Les tableaux et les graphiques ci-dessous montrent des puissances moyennes pour des fax couramment rencontrés sur le marché en intégrant 4 modes de fonctionnement (actif, prêt, attente et arrêt).

La différence des puissances dissipées entre les modes « attente » et « prêt » est :

  • En mode « attente » (ou standby), le fax est en veille prolongée et il ne peut pas directement imprimer un fax entrant. Il y a donc très peu de puissance dissipée.
  • En mode « prêt » (ou ready), le fax est prêt à recevoir et à imprimer un document. L’élément chauffant est en fonction et dissipe de la puissance.
Type de fax Puissance moyenne [W]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode Prêt Mode attente Mode arrêt
Fax conventionnel 350 30 – 0
Fax labellisé 350 30 15 0

Source Energy Star.

A priori, au niveau de la puissance, il n’y a pas de différence fondamentale entre un fax conventionnel et un fax labellisé.

Les différences se situent au niveau des temps de gestion dans les différents modes de fonctionnement.

Mode de fonctionnement

Une étude américaine (LBNL 2004 : Lawrence Berkeley National Laboratories) sur les consommations d’énergie électrique montre que les fax sont branches 365 jours/an.

Pour des équipements conventionnels et labellisés le nombre d’heures de fonctionnement par type de mode est repris ci-dessous sous forme de tableau et de graphique :

Type de fax Heure moyenne [h/an]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode actif Mode Prêt Mode attente Mode arrêt
Fax conventionnel 0,5 23,5 0 0
Fax labellisé 0,5 0 23,5 0

Source Energy Star.

Les constructeurs d’équipements labellisés basent l’économie d’énergie en réduisant au maximum la période où le fax est en mode « prêt » et par conséquent la période où la puissance dissipée par l’élément chauffant est importante.

Consommation énergétique

Voyons en termes d’énergie consommée ce que cela donne. Les résultats sont repris dans le tableau et sous forme graphique ci-dessous :

Type de fax Consommation moyenne [kWh/an]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Fonction basse énergie activée Fonction basse énergie pas activée Fonction basse énergie activée Fonction basse énergie pas activée
Toujours allumé Toujours allumé Éteint en fin de journée Éteint en fin de journée
Fax conventionnel – 321 – 321
Fax labellisé 193 321 193 321

Source Energy Star.

Le fax est l’appareil par excellence qui fonctionne en permanence afin de recevoir 24 heures sur 24 des documents envoyés de l’extérieur (permet de tenir compte du décalage horaire pour déclencher un envoi de nuit vers un autre continent par exemple). On voit donc tout de suite l’efficacité de la fonction attente du fax labellisé. Toutefois, il faudra être attentif que cette fonction soit activée par défaut dès l’acquisition de l’équipement ou de ne pas oublier de la mettre en fonction.

Exemple.

Pour argumenter l’intérêt de posséder un équipement labellisé et activé, on peut

calculer l’économie moyenne annuelle sur un parc de x machines en considérant que :

  • Le nombre de jour de fonctionnement est de 365 jours/an,
  • la proportion de machines allumées 24h/24 est de 100 %,
  • la proportion d’équipements labellisés est de 90 %.

Et en reprenant les consommations énergétiques du tableau ci-dessus : On applique la formule suivante (Energy Star) : > Pour les équipements labellisés la consommation moyenne annuelle ramenée à un seul équipement est de :

(1 – 1) x 0,9 x kWh/anBEA/EFJ + (1 – 1) x (1 – 0,9) x kWh/anBEPA/EFJ

+ 1 x 0,9 x kWh/anBEA/TA + 1 x (1 – 0,9) x kWh/anBEPA/TA

=

(1 – 1) x 0,9 x 193 [kWh/an] + (1 – 1) x (1 – 9) x 321 [kWh/an]

+ 1 x 0,9 x 193 [kWh/an] + 1 x (1 – 0,9) x 321 [kWh/an]

=

205 [kWh/an]

> Pour les équipements non labellisés la consommation moyenne annuelle ramenée à un seul équipement est de :

(1 – 1) x kWh/anBEPA/EFJ + 1  x kWh/anBEPA/AT

=

(1 – 1) x 193 [kWh/an] + 1  x 321 [kWh/an]

=

321 [kWh/an]

L’économie est dès lors de :

1 – (205 [kWh/an] / 321 [kWh/an]) = 0,36 ou de 36 %.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la consommation de l’humidification et la déshumidification

Évaluer la consommation de l'humidification et la déshumidification

Attention : tous les coûts indiqués dans ce fichier sont basés sur un prix du litre de fuel à 0,622 €.

Le coût d’un m³ traité en hiver

L’énergie nécessaire pour traiter (= chauffer et humidifier) un m³ d’air, est donnée par la différence d’enthalpie (= d’énergie) entre l’air extérieur « E » et l’air soufflé dans le local « S ».

Δ h = hS – hE [kJ/kg]

Schéma coût d'un m³ traité en hiver.

Les enthalpies de ces deux états de l’air sont indiqués dans le diagramme de l’air humide (il est également possible de réaliser le calcul de l’enthalpie à partir de la valeur de la température et de l’humidité relative).

Les valeurs des enthalpies sont exprimées kilo joule par kg. Pour obtenir la valeur exprimée en m³, il faudra multiplier celle-ci par la masse volumique ρ de l’air.

Question : quelle masse volumique prendre ? celle de l’air extérieur (froid et contracté) ou celle de l’air soufflé (chaud et dilaté) ? Pour éviter ce problème, les bureaux d’étude travaillent toujours avec les masses d’air (constantes) et non les volumes! La conversion vers les m³ ne se fait qu’au moment de dimensionner le ventilateur. Celui-ci étant souvent positionné à la sortie de caisson de traitement d’air, on prendra la masse volumique de l’air soufflé.

Le coût final du traitement de l’air est alors fonction du type d’énergie utilisé. Dans l’exemple ci-dessous (conditions moyennes), le coût du traitement de 1 000 m³/h varie entre 72,5 et 105,5 c€/heure.

Exemple.

Soit :

  • un air extérieur à 5°C et 70 % d’humidité relative : hE = 14,4 kJ/kg,
  • un point de soufflage à 30°C et 30 % d’humidité relative : hS = 50,4 kJ/kg.

Quelle est l’énergie nécessaire pour chauffer 1 000 m³/h ?
Et quel en est le coût ?

Δ h = hS – hE = 50,4 – 14,4 = 36 [kJ/kg]

Sachant que l’air soufflé présente une masse volumique de 1,15 kg/m³ :

Δ h = 36 [kJ/kg] x 1,15 [kg/m³] = 41,4 [kJ/m³]

Si le débit d’air pulsé est de 1 000 m³/h, l’énergie à fournir par heure :

1 000 [m³/h] x 41,4 [kJ/m³] = 41 400 [kJ/h] = 41,4 [MJ/h]

Pour déterminer le coût de ce traitement, il faut distinguer selon le mode d’humidification :

Si l’humidification est réalisée par un humidificateur à eau froide (humidificateur à évaporation ou à pulvérisation), la chaleur de vaporisation de l’eau est donnée par le système de chauffage de l’air. En prenant un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MJ (6,22 c€ le kWh), on obtient un coût horaire de :

41,4 [MJ/h] x 1,75 [c€/MJ] = 72,5 [c€/h]

Si l’humidification est réalisée par un humidificateur à vapeur autonome (alimentation électrique), il faudra dissocier l’énergie thermique nécessaire pour le chauffage de l’air, de l’énergie électrique nécessaire pour l’humidification. Le point intermédiaire « X » à la sortie de la batterie de chauffe et à l’entrée de l’humidificateur est situé (en bonne approximation) à l’horizontale de l’air extérieur E et sur la verticale de la température 30°C.

Le diagramme de l’air humide fournit un point de caractéristique X : 30° 15 % HR, enthalpie 39,6 kJ/kg. En prenant un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MégaJoule (6,22 c€ le kWh) et un coût moyen de l’énergie électrique de 4,45 c€ le MégaJoule (16 c€ le kWh, en tenant compte du coût de la pointe de puissance), on obtient :

Chauffage de l’air (de 5°C 70 % HR à 30°C 15 % HR) :

1 000 [m³/h] x 1,15 [kg/m³] x (39,6 – 14,4) [kJ/kg] x 0,001 [MJ/kJ] x 1,75 [c€/MJ] = 50 [c€/h]

Humidification de l’air (de 30°C 15 % HR à 30°C 30 % HR) :

1 000 [m³/h] x 1,15 [kg/m³] x (50,4 – 39,6) [kJ/kg] x 0,001 [MJ/kJ] x 4,45 [c€/MJ] = 55,5 [c€/h]

Soit un total de 105,5 c€/h.

Le coût d’un m³ traité en été

L’énergie nécessaire pour traiter (= refroidir et déshumidifier) un m³ d’air est en principe donnée par la différence d’enthalpie (= d’énergie) entre l’air extérieur E et l’air soufflé S.

Δ h = hE – hS [kJ/kg]

Toutefois, il se peut que le traitement de l’air en été suppose un refroidissement (avec déshumidification) suivi d’un post-chauffage. Dans ce cas, si X est le point caractéristique de l’air à la sortie de la batterie de refroidissement, on aura :

Δ h = énergie frigorifique + énergie calorifique = (hE – hX) + (hS – hX) [kJ/kg]

Les enthalpies de ces deux états de l’air sont indiqués dans le diagramme de l’air humide (il est également possible de réaliser le calcul de l’enthalpie à partir de la valeur de la température et de l’humidité relative).

Les valeurs des enthalpies sont exprimées par kg. Pour obtenir la valeur exprimée en m³, il faudra multiplier celle-ci par la masse volumique ρ de l’air.

Question : quelle masse volumique prendre ? celle de l’air extérieur (chaud et dilaté) ou celle de l’air soufflé (froid et contracté) ? Pour éviter ce problème, les bureaux d’étude travaillent toujours avec les masses d’air (constantes) et non les volumes ! La conversion vers les m³ ne se fait qu’au moment de dimensionner le ventilateur. Celui-ci étant souvent positionné à la sortie de caisson de traitement d’air, on prendra la masse volumique de l’air soufflé.

Le coût final du traitement de l’air est alors fonction du prix de l’énergie utilisée. Dans l’exemple ci-dessous (conditions moyennes), le coût du traitement de 1 000 m³/h est estimé à 99,5 c€/heure.

Exemple.

Soit,

  • un air extérieur E à 28°C et 70 % d’humidité relative : hE = 70,7 kJ/kg,
  • un point de soufflage S à 16°C et 70 % d’humidité relative : hS = 36 kJ/kg.

Quelle est l’énergie nécessaire pour refroidir 1 000 m³/h ?
et quel en est le coût ?

Imaginons un refroidissement et une déshumidification par passage dans une batterie froide alimentée au régime 6°C – 11°C (soit une température moyenne de 8,5°C). Le point caractéristique de l’air « X » en sortie de batterie sera situé à l’intersection entre la droite qui relie le point E au point Y (Y = 8,5°C et 100 % HR) et l’horizontale du point S. Le point X a pour caractéristiques : 10,5°C et 97 % HR, hX = 31 kJ/kg.

On en déduit une énergie frigorifique :

Δ h = hE – hX = 70,7 – 31 = 39,7 kJ/kg

Mais pulser un air de 10,5°C dans un local entraînerait un risque d’inconfort ! Aussi, on le préchauffera jusqu’à 16°C, entraînant une énergie de chauffage de :

Δ h = hS– hX = 36 – 31 = 5 kJ/kg

Soit un total de 41,2 + 5 = 46,2 kJ/kg

Sachant que l’air soufflé présente une masse volumique de 1,20 kg/m³ :

Δ h = 46,2 kJ/kg x 1,20 kg/m3 = 55,4 kJ/m³

Si le débit d’air pulsé est de 1 000 m³/h, l’énergie à fournir par heure :

1 000 m³/h x 55,4 kJ/m3 = 55 400 kJ/h = 55,4 MJ/h

On constate qu’il y a « destruction de l’énergie », c’est-à-dire qu’il faut compter deux fois la différence d’enthalpie entre X et S : une fois pour le refroidissement et une deuxième fois suite au post-chauffage. Ceci est cependant obligatoire si l’on souhaite atteindre un tel niveau de déshumidification…

Pour déterminer le coût de ce traitement, il faut déterminer le prix de revient du kWh frigorifique. Supposons l’utilisation d’une machine frigorifique dont le COPfroid moyen réel (ou efficacité frigorifique) est de 2,5. Il faut donc 1 kWh électrique au compresseur pour extraire un 2,5 kWh thermique à l’évaporateur. S’il s’agit du courant électrique de jour (prix de revient moyen +/- 16 c€/kWh, pointe 1/4 horaire comprise), il en coûtera donc 6,4 c€ par kWh thermique extrait. Soit 1,8 c€/MJ.

Pour la partie chauffage, un coût moyen de l’énergie thermique de 1,75 c€ le MégaJoule (6,22 c€ le kWh) est proposé.

Le coût total devient donc :

1 000 [m³/h] x 1,20 [kg/m³] x (41,2 [kJ/kg] x 1,8 [c€/MJ] + 5 [kJ/kg] x 1,75 [c€/MJ]) x 0,001 [MJ/kJ] = 99,5 [c€/h]

Le coût de l’humidification

L’humidité de l’air constitue une bonne part de son énergie !

Par exemple, de l’air sec à 20°C possède une enthalpie (= énergie) de 20,1 kJ/kg. Mais le même air, humidifié à 50 % d’humidité relative, atteindra 38,5 kJ/kg. Cela s’explique par le fait que l’humidité est constituée par de l’eau à l’état vapeur et que la chaleur de vaporisation de l’eau est proportionnellement très élevée.

Le graphe ci-dessous montre l’évolution de l’enthalpie de l’air en fonction de son humidité relative.

L’humidification de l’air est donc fort énergétique. On aura donc toujours intérêt à diminuer la consigne du taux d’humidité relative en hiver (40 % HR, par exemple).

Mais, en hiver, il faut toujours humidifier l’air de chauffage…

En hiver, l’humidité absolue de l’air extérieur est toujours très faible. Imaginons qu’il vient de pleuvoir, que l’air extérieur est proche de la saturation (100 % HR). Pour une température extérieure de + 1°C, cela ne représente jamais qu’une humidité absolue de 4 grammes d’eau par kg d’air. Or, de l’air à 20°C et 50 % HR contient 7,5 grammes d’eau par kg d’air. Il faudra donc humidifier l’air extérieur après son chauffage et avant de le pulser dans le local.

Dans l’exemple ci-dessous, on montre que le passage de la consigne de 20°C 50 % HR à 20°C 60 % HR entraîne une augmentation des coûts de 6 à 11 %, alors que l’occupant ne percevra aucune différence en terme de confort.

Exemple.

Reprenons l’exemple développé pour le calcul du coût d’1 m³ traité en hiver. Les conditions de calcul étaient les suivantes :

soit,

  • un air extérieur « E » à 5°C et 70 % d’humidité relative,
  • un point de soufflage à 30°C et 30 % d’humidité relative.

Un tel point de soufflage correspond généralement à un immeuble de bureaux dans lequel on veut maintenir une ambiance « A » de 22°C et 50 % HR (l’humidité absolue de l’air soufflé est légèrement plus faible que l’ambiance, ce qui permet de compenser les apports en eau des occupants).

L’énergie demandée par le traitement de 10 000 m³/h est de

Chauffage de l’air (de 5°C 70 % HR à 30°C 15 % HR) :

1 000 m³/h x 1,15 kg/m³ x (39,6 – 14,4) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 29 MJ/h

Humidification de l’air (de 30°C 15 % HR à 30°C 30 % HR) :

1 000 m³/h x 1,15 kg/m³ x (50,4 – 39,6) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 12,4 MJ/h

Supposons que la consigne soit modifiée et que A’ (22°C et 60 % HR) soit demandé. On pulsera probablement un air de chauffage de 30°C et 37 % HR. L’enthalpie de ce nouveau point S’ est de 54,7 kJ/kg. Soit un nouveau calcul pour l’humidification de l’air.

1 000 m³/h x 1,15 kg/³ x (54,7 – 39,6) kJ/kg x 0,001 MJ/kJ = 15,1 MJ/h

Le bilan énergétique total est donc augmenté de 6,5 % pour une amélioration du confort imperceptible au niveau des occupants. Le coût total du traitement de l’air est augmenté de 6,5 % si l’eau est froide dans l’humidificateur (chaleur de vaporisation prise sur l’air) et de 11 % si l’humidification est réalisée par un humidificateur électrique à vapeur.

Le coût du taux d’air neuf

L’impact du taux de renouvellement d’air est non négligeable dans la facture énergétique d’un bâtiment.
Plaçons-nous dans les conditions moyennes de fonctionnement :

  • un bureau de 5 m x 4 m x 3 m  = 60 m³,
  • une consigne à 22°C et 50 % d’humidité relative (enthalpie de 43,2 kJ/kg),
  • de l’air extérieur à 6°C et 90 % d’humidité relative (enthalpie de 19,1 kJ/kg),
  • des besoins de chauffage liés aux seules déperditions par les parois estimés à 1 500 Watts pour le local.

Remarque : on néglige d’éventuels apports en eau dans le local.

Solution 1

Un chauffage par radiateur est installé et de l’air neuf hygiénique est prétraité (chauffé et humidifié) en centrale.
Un taux horaire de renouvellement de l’air de 1 est choisi, soit une pulsion de 60 m³/h. Cet air est porté aux conditions de l’ambiance soit 22°C et 50 % HR. La puissance demandée dans le caisson de traitement d’air sera de :

Puissance = débit x poids volumique de l’air x (différence des enthalpies)

Puissance = 60 [m³/h] x 1,1 [kg/m³] x (43,2 – 19,1) [kJ/kg] / 3 600 [s/h] = 442 [Watts]

Solution 2

On travaille en « tout air neuf » et le chauffage du local est apporté par l’air chaud pulsé.
Cette fois, le débit d’air sera nettement plus élevé que le débit d’air hygiénique. La valeur du débit est fonction de la température de pulsion choisie. Prenons une température de pulsion de 40°C.
Si les apports en eau du local sont négligés, on pulsera un air dont l’humidité absolue est identique à celle de la consigne du local, soit un air situé sur le diagramme de l’air humide à 40° et 18 % HR (enthalpie : 61,2 kJ/kg).
Précisons le débit de pulsion nécessaire pour vaincre les 1 500 W de déperditions :

Débit massique = déperditions/ (différence des enthalpies)

Débit massique = 1,5 [kW] / (61,2 – 43,2) [kJ/kg] = 0,083 [kg/s]

Exprimons ce débit en volume :

Débit volumique = débit massique x volume massique à 40°C

Débit volumique = 0,083 [kg/s] x 0,9 [m³/kg] x 3 600 [s/h] = 270 [m³/h]

Le taux de brassage s’en déduit :

Taux de brassage de l’air du local = 270 [m³/h] / 60 [m³] = 4,5

La puissance en centrale devient :

Puissance = débit massique x (différence des enthalpies)

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 19,1) [kJ/kg] = 3,51 kW !

Soit plus du double de la puissance nécessaire pour le local !
Pourquoi ? En fait, les 270 m³ d’air pulsé comportent 60 m³ d’air neuf hygiénique et 210 m³ d’air utilisé comme « fluide caloporteur ». Cet air étant froid, il faut d’abord le réchauffer à la température de consigne avant de pouvoir lui faire porter la charge thermique du local, ce qui est énergivore.

Solution 3

Si les conditions hygiéniques le permettent, on préférera une solution de recyclage partiel de l’air et d’apport d’air neuf minimal.
Supposons que 210 m³/h (0,065 kg/s) soient recyclés et 60 m³/h (0,018 kg/s) d’air neuf soient injectés, on obtiendra un air mélangé dont l’enthalpie est de :

Enthalpie du mélange = [0,065 x 43,2 + 0,018 x 19,1] / 0,083 = 37,9 [kJ/kg]

On peut alors calculer la puissance en centrale :

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 37,9) [kJ/kg] = 1,93 kW !

On y retrouve, en toute logique, la puissance de 1,5 kW correspondant aux déperditions des parois et la puissance de 0,43 kW pour le traitement des 60 m³/h d’air neuf…
Par rapport au « tout air neuf », le recyclage partiel de l’air a permis (3,51 – 1,93) / 3,51 = 45 % d’économie !
Remarque : sur le graphe, dans un souci de simplification, 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 (en kg/h).

Solution 4

Si les conditions hygiéniques ne permettent pas le recyclage partiel de l’air vicié, on peut envisager la récupération partielle de la chaleur par un échangeur placé sur l’air extrait.
Sur les 270 m³/h (0,065 kg/s) évacués, un rendement de 50 % est aisément réalisable. Supposons un transfert de chaleur latente uniquement (échangeur à plaques, par exemple). Si le rendement est de 50 %, l’augmentation de température sera de 50 % de l’écart entre les deux fluides (22°C – 6°C). L’air extérieur en sort à 14°C et 53 % HR, soit une enthalpie de 26,5 [kJ/kg].

On peut alors calculer la puissance en centrale :

Puissance = 0,083 [kg/s] x (61,2 – 26,6) [kJ/kg] = 2,9 kW

Par rapport au « tout air neuf », la récupération de chaleur sur l’air extrait a permis (3,51 – 2,9) / 3,51 = 17 % d’économie !
Remarque : on constate que la récupération est inférieure à la moitié de la chaleur évacuée car la chaleur latente de l’air extrait n’est pas récupérée.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Types de gestion du trafic [ascenseurs]

Types de gestion du trafic

Généralités

Dans les bâtiments tertiaires, il est nécessaire de doter les ascenseurs d’une « certaine intelligence » qui gère le trafic. Sans elle, le trafic serait complètement anarchique.

Une gestion de trafic a pour but premier :

  • D’analyser les évolutions du trafic.
  • D’anticiper le besoin en proposant des solutions rationnelles qui minimisent le nombre et la longueur des déplacements et optimisent le remplissage des cabines.

En seconde approche, il va de soi qu’une gestion de trafic efficace réduit les consommations énergétiques; c’est une bonne nouvelle pour tout le monde.

Parmi les systèmes qui existent sur le marché pour les ascenseurs uniques, on retrouve, par ordre croissant de performance, les gestions de trafic suivantes :

  • les manœuvres à blocage (très peu performantes),
  • les manœuvres collectives de descente,
  • les manœuvres collectives complètes,
  • …

Au niveau des batteries d’ascenseur (duplex, triplette, …), des manœuvres précédentes, ne sont intégrées dans la gestion de trafic, que les manœuvres collectives complètes. En plus, certains systèmes intègrent une supervision à manœuvres de destination.

Type de gestion pour un seul ascenseur

Manœuvre à blocage

La manœuvre à blocage ne permet pas de gérer le trafic de manière efficace. En effet, dans ce cas de figure, chaque appel de la cabine est pris en compte à la suite l’un de l’autre sans mémorisation. L’appel suivant n’est pris en compte que lorsque le trajet précédent est arrivé à destination. Ce système est primaire et heureusement n’est pratiquement plus utilisé.

Exemple.

Le scénario est le suivant :

3 personnes se situant au 6ème, 5ème et 3ème désirent descendre au rez-de-chaussée.

Pour simplifier, on considère que :

  • Le temps du trajet de la cabine est proportionnel à la hauteur et vaut 5 secondes par étage.
  • Le temps de chaque arrêt est de 5 secondes.
  • La puissance moyen en montée est de 1 500 W et en descente 750 W.

On voit tout de suite que l’efficacité tant au niveau trafic qu’énergétique n’est pas probante.

Manœuvre collective de descente

Ce type de gestion permet de réduire le temps de fonctionnement de l’ordre de 50 %. Étant plus évolué, il est à mémoire et permet de rationaliser le trafic à la descente.

Exemple.

Le scénario est le suivant :

Les 3 mêmes personnes se situant au 6ème, 5ème et 3ème désirent toujours descendre au rez-de-chaussée.

On considère toujours que :

  • Le temps du trajet de la cabine est proportionnel à la hauteur et vaut 5 secondes par étage.
  • Le temps de chaque arrêt est de 5 secondes.
  • la puissance moyen en montée est de 1 500 W et en descente 750 W.

L’efficacité du trafic est nettement améliorée tant au niveau de l’efficacité qu’au point de vue énergétique.

Manœuvre collective complète

Dans ce type de gestion de trafic, tant les appels pour la descente que pour la montée sont pris en considération, mémorisés et traités en temps réelle en fonction de la situation.

Exemple.

On compare une manœuvre collective complète avec une manœuvre collective de descente.

Le scénario est le suivant :

  • Deux groupes de personnes situées au 4ème et au rez-de-chaussée désirent monter au 6ème.
  • Deux autres groupes situés au au 6ème et 2ème désirent descendre au rez-de-chaussée.

On considère toujours que :

  • Le temps du trajet de la cabine est proportionnel à la hauteur et vaut 5 secondes par étage.
  • Le temps de chaque arrêt est de 5 secondes.
  • La puissance moyen en montée est de 1 500 W et en descente 750 W.

Manœuvre collective de descente :

Manœuvre collective complète :

De nouveau, l’efficacité du trafic est nettement améliorée.

Type de gestion pour une batterie d’ascenseurs

Lorsque plusieurs ascenseurs sont nécessaires pour assurer un trafic moyen plus élevé, il faut se tourner vers des systèmes de supervision collective sélective qui assurent les fonctions suivantes :

  • envoi immédiat des cabines atteignant la pleine charge,
  • non réponse aux appels locaux des cabines déjà remplies,
  • distribution dynamique de zones,
  • programmation distincte pour différentes séquences de trafic comme les pointes montées/descentes entre étages),
  • limitation du nombre de cabines en service en période creuse,
  • …

Ces superviseurs sont de véritables analyseur de trafic en temps réel doté d’une intelligence qui peut être basée sur différents types d’algorithmes informatiques.

Manœuvre collective complète

La manœuvre collective complète fonctionne aussi pour les batteries d’ascenseurs, si ce n’est qu’elle est plus sophistiquée et qu’elle répartit le trafic sur plusieurs ascenseurs avec la possibilité :

  • de sélectionner un des ascenseurs par rapport à l’appel le plus proche,
  • de programmer en fonction du trafic des destinations privilégiées,
  • …

Ce type de gestion fait appel à un algorithme basé sur une vieille « philosophie » de commande d’ascenseur à l’extérieur de la cabine :

  • L’appel de l’ascenseur pour la montée ou la descente s’effectue sur le palier.
  • Suite à cet appel, la supervision sélectionne un ascenseur et l’envoi à destination. L’utilisateur entre dans la cabine et sélectionne l’étage au niveau de la boîte à bouton.

   

Manœuvre à destination

Ce type de manœuvre est assez récente et se base sur une autre « philosophie ». L’algorithme fonctionne à partir d’un concept inverse à celui de la commande collective complète, c.à.d.  :

  • La commande de l’étage se compose à l’extérieur de l’ascenseur (souvent même avant le palier d’ascenseur dans le but de gagner du temps sur la période d’attente).
  • Le superviseur sélectionne la cabine se trouvant dans les meilleures conditions pour optimiser le débit de personne.

En rassemblant un maximum d’utilisateurs se rendant à la même destination dans le même ascenseur (ascenseur A,B ou C par exemple) et en limitant le nombre d’arrêt une fois la cabine remplie, le système tente de réduire les temps d’attente et de trajet.

Gestion classique.

Gestion à destination.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer le courant électrique

Mesurer le courant électrique

Pince ampèremétrique.

Appareil mobile : l’ampèremètre

Un ampèremètre mesure le courant qui s’écoule dans un conducteur. On le branche donc dans le circuit comme on branche un compteur de débit d’eau : en série.

Or, pour brancher l’instrument en série avec le consommateur, il faut desserrer les bornes et effectuer un câblage, travail interdit au profane !

1ère solution :

La mesure se fait en se servant de têtes de fusibles avec bornes de mesure. La cartouche montée, l’ampèremètre peut être raccordé aux douilles pour fiches.

2ème solution :

La pince ampèremétrique

En refermant celle-ci sur un conducteur, on peut mesurer des courants qui vont de 2 A à plus de 600 A, sans raccordement électrique.

Fonctionnement

Un conducteur parcouru par un courant crée un champ magnétique autour de lui. Ce champ magnétique induit une tension dans la bobine que constitue la pince. Cette tension, proportionnelle à la valeur du courant traversant le conducteur, est lue directement sur l’ampèremètre.

Photo pince ampèremétrique.Schéma principe pince ampèremétrique.

Attention : les pinces ampèremétriques ne fonctionnent que pour le courant alternatif !

Pour mesurer un courant triphasé avec un ampèremètre à pince, il faut mesurer chaque conducteur séparément. Il n’est pas possible de mesurer les conducteurs ensemble : les champs magnétiques s’annulent réciproquement, et l’indication est zéro !

Appareil intégré à l’installation électrique

Bien sûr il est possible d’intégrer un ampèremètre traditionnel à une installation fixe mais l’idée est plutôt ici d’utiliser des appareils délivrant un signal analogique standard de type 4 – 20 mA ou 0 – 10 V, proportionnel au courant mesuré. Ces appareils peuvent alors être raccordés à la régulation d’une installation, par exemple dans le cas d’une gestion de la pointe quart-horaire. Ils permettent un suivi en continu.

    

Le convertisseur (ou transducteur)

Pour la mesure de fortes intensités, il est associé à un TI ou « Transformateur d’Intensité » (celui-ci réduit l’intensité réellement mesurée grâce à l’introduction d’un transformateur ; par exemple, un TI 200/5A signifie une échelle de mesure pouvant atteindre 200 A alors que le courant réellement mesuré par l’appareil est au maximum de 5 Ampères).

Photo convertisseur.

Le convertisseur est caractérisé par l’intensité maximale mesurable.

Appareil analogique et appareil digital.

Pour une installation triphasée, un seul ampèremètre peut suffire pour autant qu’il soit associé à un commutateur pour balayer les différentes phases.

L’appareil à effet Hall

Il permet la mesure des réseaux de forte intensité électrique (à partir de 100 A). Son principe est similaire à celui de la pince ampèremétrique utilisée pour effectuer une mesure ponctuelle : le champ magnétique généré par la présence de courant dans le conducteur est proportionnel à l’intensité électrique.

L’analyseur de réseau

La mesure de l’intensité n’est alors qu’une des grandeurs électriques fournies par cet appareil. Il intègre un microprocesseur permettant le display de valeurs moyennes ou la mémorisation des valeurs de pointe.

Il fonctionne de manière autonome mais peut être raccordé à une régulation locale.

Eté 2008 : Brieuc.
22-08-2008 : 1er passage de mise en page [liens internes, tdm, en bref !, rapide passage général sur la mise en page de la feuille] – Sylvie
24-09-2008 : WinMerge ok – Sylvie
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mur creux

Mur creux

Pourquoi un mur creux ?

Schéma principe du mur creux.

Bien construit, le mur creux protège des infiltrations d’eau de pluie. Ce type de mur est utilisé dans les pays du Nord de l’Europe occidentale (Belgique, nord de la France, Pays-Bas, Nord de l’Allemagne, Angleterre, Écosse et les régions autour de la mer Baltique) en raison de la fréquence des pluies accompagnées de vent.

L’étanchéité du mur creux est assurée grâce à une double barrière.

Composition

Fonctions
1. Maçonnerie de parement
  • Barrière à la pluie
2. Creux
  • Rupture capillaire
  • Chambre de décompression
  • Évacuation de l’eau
3. Paroi intérieure enduite
  • Étanchéité à l’air

La maçonnerie de parement joue le rôle d’écran contre les pluies battantes mais n’offre pas une étanchéité totale. Elle absorbe l’eau, elle fait donc office de paroi-tampon et constitue une surface de séchage (par temps sec) de l’eau accumulée dans le mur.

La coulisse remplit la fonction de rupture capillaire, de chambre de décompression et de canal d’évacuation : elle interrompt le passage de l’eau au travers des matériaux, elle évite que l’eau qui a pu traverser la paroi extérieure ne soit projetée par le vent sur la paroi intérieure et permet à cette eau de s’écouler sur la face interne du parement.
La coulisse devra donc être drainée afin que l’eau soit renvoyée à l’extérieur, à hauteur de chaque interruption de coulisse dans le mur (baies de fenêtre et de porte, pied de façade).

La paroi intérieure enduite joue le rôle de barrière à l’air. Elle permet une mise en équilibre des pressions de part et d’autre de la maçonnerie de parement. En l’absence d’une barrière à l’air efficace, l’eau qui aurait traversé la maçonnerie de parement au droit d’une petite discontinuité pourrait être projetée au point d’atteindre la paroi intérieure lorsque celle-ci est exposée à des pluies accompagnées de vent.

  • D’utiliser, pour le mur intérieur porteur, des bloc de béton, moins cher et de pose plus rapide que les briques.
  • De réaliser le côté apparent des façades en brique et ainsi respecter une certaine tradition dans la manière de construire en Belgique.
  • D’isoler le mur tout en protégeant l’isolant des contraintes mécaniques et en conservant la capacité thermique de la paroi intérieure.

Remarque : en Belgique, le principe du mur creux n’a été appliqué, à grande échelle, qu’après la deuxième guerre mondiale, en substitution du mur d’une brique et demie (environ 27 cm d’épaisseur).

Description du mur creux

Schéma description du mur creux.

  1. Paroi extérieure.
  2. Coulisse.
  3. Paroi intérieure.
  4. Enduit.
  5. Crochet d’encrage.
  6. Isolant.

Ci-dessus, la paroi extérieure (1) constitue le « parement », son rôle est donc aussi esthétique.
On rencontre généralement :

  • des briques en terre cuite, éventuellement peintes ou émaillées,
  • des blocs de béton décoratifs hydrofugés ou de terre cuite,
  • des blocs de béton ou de terre cuite cimentés,
  • de la pierre naturelle.

La coulisse (2), outre les rôles essentiels qu’elle joue dans l’étanchéité à l’eau de pluie décrits ci-dessus, permet de recevoir un isolant (6). Dans le cas d’un remplissage partiel, ce dernier aura une épaisseur inférieure à la coulisse laissant, du côté extérieur, une lame d’air d’une épaisseur, de préférence, d’au moins 3 cm. Dans le cas d’un remplissage intégral, il aura une épaisseur égale à celle de la coulisse.

La paroi intérieure (3) sert généralement d’élément porteur à la construction, mais peut aussi faire office de fermeture entre les éléments de la structure.
On utilise, pour la réalisation de cette maçonnerie :

  • des blocs en terre cuite allégée ou non,
  • des blocs en béton lourd, mi-lourd ou léger,
  • des blocs silico-calcaires,
  • une ossature en bois.

L‘enduit (4) constitue une barrière à l’air qui réduit fortement les infiltrations d’air dans le bâtiment. S’il n’est pas possible d’appliquer l’enduit sur la face vue de la paroi intérieure (maçonnerie intérieure apparente), il faudra prévoir un enduit sur cette paroi intérieure mais du côté coulisse.

Les crochets d’ancrage (5) sont une liaison mécanique entre les deux parois, ils accrochent la paroi extérieure à l’élément porteur.

Les types de murs creux

  • Le mur creux non isolé.
  • Le mur creux isolé à remplissage partiel de la coulisse.
  • Le mur creux isolé à remplissage intégral de la coulisse

Schéma types de murs creux - 01.Schéma types de murs creux - 02.Schéma types de murs creux - 03.

  1. Paroi extérieure.
  2. Coulisse.
  3. Paroi intérieure.
  4. Enduit.
  5. Crochet d’encrage.
  6. Isolant.

Remplissage partiel

Au moment de la construction, on place dans le creux un matériau d’isolation dont l’épaisseur est inférieure à celle du creux, de façon à ce qu’il reste un matelas d’air de 3 cm entre la paroi extérieure et le matériau d’isolation.

Remplissage intégral

Lors de la construction, un matériau isolant d’une épaisseur égale à celle du creux est placé dans le creux.

Vide ventilé

La ventilation de la lame d’air est réalisée en laissant des joints verticaux ouverts en pied et en tête de maçonnerie de parement.

On distingue :

Comportement du mur creux à la pénétration à l’eau de pluie

La maçonnerie extérieure sert de tampon mais ne peut, à elle seule, assurer l’étanchéité à l’eau de pluie.

Infiltration de l’eau de pluie par le parement extérieur

Schéma infiltration de l'eau de pluie par le parement extérieur.

Une quantité importante d’eau de pluie s’infiltre par les joints de la maçonnerie (20 à 25 % de la surface totale) qui présentent des défauts, notamment par :

  • des joints verticaux mal remplis,
  • des fissures dans le mortier,
  • une perte d’adhérence du mortier aux briques
  • un mortier de qualité médiocre.

D’autre part, la brique absorbe par capillarité :

  • une partie de l’eau de pluie s’écoulant sur sa face extérieure,
  • l’eau qui s’est infiltrée par les microfissures du parement et dans les joints de la maçonnerie,
  • l’eau qui a traversé la paroi extérieure et qui ruisselle sur la face intérieure du parement.

Durant des pluies de longue durée, la brique peut atteindre la saturation. À ce moment, toute l’eau qui s’est infiltrée ruisselle le long de la face intérieure.

Contact avec l’eau en début d’absorption capillaire et saturation maximale.

Comportement du mur creux

Le rôle du mur creux consiste alors à empêcher le transfert de cette eau vers la paroi intérieure.

Pour limiter au maximum les risques d’infiltration de l’eau de pluie au travers du mur creux, les conditions suivantes doivent être remplies :

Schéma comportement du mur creux.

> La maçonnerie de parement sera réalisée avec soin, de préférence, au moyen de matériaux capillaires.

Une maçonnerie de parement capillaire ne donnera lieu à des écoulements d’eau significatifs dans la coulisse qu’après une exposition prolongée aux pluies battantes. À l’inverse, une maçonnerie de parement constituée de matériaux peu capillaires sera le siège, dans les mêmes conditions, de pénétrations d’eau rapides et abondantes dans la coulisse.

En effet, la faible capillarité des matériaux de parement, tels que les blocs de béton hydrofugé, ne leur permet pas d’absorber l’eau lorsqu’elle a pénétré dans la coulisse.

> Les joints doivent être bien fermés, le mortier être de bonne qualité.

> Une des faces de la paroi intérieure du mur creux doit être enduite, afin d’assurer une mise en équilibre des pressions de part et d’autre de la maçonnerie de parement.

> La largeur totale de la coulisse doit être suffisante. Elle doit être d’environ 6 cm dans le cas d’un mur creux non isolé. Dans le cas d’un mur creux isolé à remplissage partiel, la lame d’air restante doit être d’au moins 3 cm.

> Dans le cas d’un mur creux isolé avec remplissage intégral de la coulisse, l’isolant doit être non capillaire et hydrophobe c.-à-d. qu’il ne peut ni s’humidifier dans la masse, ni transférer l’eau qui aurait traversé la maçonnerie de parement.

Une idée reçue… En réalité…
Les laines minérales absorbent l’eau par capillarité. Le remplissage intégral favorise l’humidification des laines. Il en résulte une accumulation d’eau qui se propage vers l’intérieur du bâtiment. Les isolants thermiques et, en particulier, les laines minérales traitées grâce à un hydrofuge sont non capillaires. Une coulisse non remplie, partiellement ou totalement remplie reste une rupture capillaire. Il n’y a donc pas de propagation d’eau de pluie dans le bâtiment.

Remarque : le remplissage partiel permet, lui, l’utilisation de la plupart des isolants puisque l’isolation n’est pas en contact avec le parement humidifié.

> Les crochets doivent être inclinés vers l’extérieur (remplissage intégral d’isolant) ou munis de casse-gouttes (remplissage partiel d’isolant).

> La face extérieure du parement d’un mur à remplissage intégral de la coulisse par l’isolant, ne peut être peinte ou émaillée.

> Il ne doit pas y avoir de déchets de mortier dans la coulisse.

> Au droit de chaque interruption de la coulisse (pied des façades, linteau de fenêtre ou de porte, etc.), les eaux infiltrées doivent être drainées vers l’extérieur. Ce drainage est assuré, d’une part, par une membrane d’étanchéité placée en escalier vers l’extérieur, d’autre part, par des joints verticaux laissés ouverts juste au dessus de la membrane.

Les membranes d’étanchéité ne peuvent pas être perforées.

Drainage au niveau d’une baie de fenêtre.

  1. Joints verticaux ouverts.
  2. Linteaux.
  3. Membrane d’étanchéité.

Remarque : Dans les murs creux « modernes » (à opposer au mur creux ancien ci-dessous) mais non isolés datant des années 1950 -1960, les ponts thermiques sont assez nombreux : linteaux monolithes, contact entre la maçonnerie de parement et le mur intérieur au droit des baies, contact entre le seuil de fenêtre et le mur intérieur, etc. Dans ce type de mur, en plus des membranes placées à chaque interruption de coulisse, des barrières d’étanchéité étaient placées aux points de contact entre les parois extérieures et intérieures du mur creux de manière à empêcher le transfert d’humidité vers l’intérieur.

Exemples.

Appui de plancher et seuil de fenêtre.

Retour de baie.

Dans les murs creux « modernes » non isolés mais plus récents (1960 à 1970 -1980, date à partir de laquelle la pose d’un isolant dans la coulisse du mur est devenue courante) ou isolés (après 1980), ces contacts sont, en principe, évités.

Comportement à la condensation superficielle

Le mur creux non isolé

À l’intérieur du bâtiment, pour un climat intérieur normal (température entre 15 et 20°C et humidité relative entre 45 et 65 %), le risque de condensation à la surface d’un mur creux non isolé est pratiquement nul.
En outre, la condensation superficielle se manifeste en premier lieu au niveau du vitrage (simple ou double), qui est généralement plus froid que le mur.
Cette condensation doit être considérée comme un signe d’une humidité relative trop élevée, qui peut être néfaste si elle est fréquente et prolongée, et doit donc inciter à ventiler davantage, par exemple.

Le risque de condensation de surface devient toutefois réel si le coefficient de transmission thermique k de la façade est supérieur à 1,7 W/m²K; et ce plus particulièrement au dos des meubles, derrière des tentures ou encore dans des angles, là où la circulation d’air est moins intense et où, de ce fait, la température superficielle est plus basse, et le taux d’humidité relative plus élevé.

Remarques.

  1. La valeur de 1,7 W/m²K concerne les logements. Elle a été fixée en fonction des températures minimales et des humidités que l’on retrouve dans ceux-ci. Pour les bureaux, par exemple, cette valeur pourrait sans doute être plus élevée, car la production de vapeur est moins importante et qu’en général, on dispose d’une ventilation contrôlée. Dès lors, dans le cas des bâtiments du secteur tertiaire, il vaut mieux évaluer le risque de condensation superficielle à partir des conditions réelles.
  2. Même si la condensation superficielle favorise le développement de moisissure, son absence ne signifie pas nécessairement absence de moisissures. En effet, un taux d’humidité relative élevé (environ 80 %) peut entraîner une humidification des matériaux hygroscopiques comme les enduits, les papiers peints, etc. et provoquer des moisissures lorsque celles-ci y trouvent un fond nourrissant.

Le mur creux isolé

L’isolation d’un mur a pour effet d’augmenter la température des parois côté intérieur en hiver et permet donc de supprimer le risque de condensation superficielle.

Schéma principe mur creux isolé - 01.   Schéma principe mur creux isolé - 02.

Ainsi, le risque de condensation superficielle est quasi inexistant dans le cas d’un mur creux correctement isolé sauf dans les locaux non chauffés et mal ventilés ou encore au droit des ponts thermiques. Les ponts thermiques les plus courants dans les murs creux se situent au niveau des seuils de fenêtre, des linteaux, des appuis de dalles, des fondations, des balcons.

Exemple.

Linteau sans coupure thermique (= pont thermique).

Un air intérieur de 20°C ayant une humidité relative de 70 % contient 12,11 g/m³ de vapeur d’eau.

Près du châssis, sur la surface la plus froide, c.-à-d. pour une température d’environ 13°C, l’air est saturé avec 11,4 g/m³ de vapeur d’eau. Il y a donc condensation superficielle sur le linteau.

Linteau avec coupure thermique.

Conductivité thermique des matériaux utilisés :

  1. Brique de façade : λ = 0,9 W/mxK
  2. Isolant thermique :λ = 0,04 W/mxK
  3. Paroi intérieure : λ = 0,45 W/mxK
  4. Enduit intérieur : λ = 0,28 W/mxK
  5. Chape : λ = 1,5 W/mxK
  6. Béton : λ = 2,5 W/mxK
  7. Châssis : λ = 0,17 W/mxK
  8. Double vitrage : λ = 3 W/mxK

Sur le linteau, la surface la plus froide a une température d’environ 17°C. Dans ce cas, l’air est saturé avec 14,5 g/m³ de vapeur d’eau. Il n’y a donc pas de condensation superficielle au niveau du linteau.

Les effets d’un pont thermique sont d’autant plus importants que le bâtiment est bien isolé. En effet, la surface intérieure du pont thermique étant plus froide que celle des murs qui l’entourent, la vapeur d’eau (provenant des occupants, des plantes, éventuellement de la cuisson (cuisine collective) ou de la lessive (buanderie)) condense préférentiellement à ces endroits.

Néanmoins ces ponts thermiques peuvent être évités par une réalisation correcte et il n’y a alors plus de risque de condensation superficielle.

Comportement à la condensation interne

À l’intérieur d’un bâtiment, on exerce des activités diverses produisant de l’humidité (production de vapeur par les occupants, plantes, etc.) augmentant ainsi la quantité de vapeur d’eau contenue dans l’air. La pression partielle de vapeur intérieure est donc généralement supérieure à celle correspondant au climat extérieur. Il y donc diffusion de vapeur au travers de la façade de l’intérieur vers l’extérieur.

1er constat

La diffusion de vapeur est un processus très lent par lequel les molécules de vapeur d’eau traversent les pores des matériaux. Les quantités de vapeur transportées quotidiennement sont donc très faibles.

Exemples (mêmes conditions que ci-dessus / mur porteur en bloc de béton lourd (enduit) – parement en brique) :

Ces quantités de vapeur d’eau sont calculées à partir de la résistance à la diffusion Z de la paroi.

Remarques.

  1. La présence de laine minérale (coefficient de résistance à la diffusion de vapeur μ très faible) ne modifie pas le flux de vapeur d’eau au travers d’un mur creux; celle d’une mousse de polyuréthane (coefficient de résistance à la diffusion de vapeur μ plus élevé) provoque une diminution de moitié de ce flux, pour autant que les panneaux isolants soient bien jointifs.
  2. La quantité de vapeur d’eau diffusée par les murs est très faible, voire négligeable, en comparaison des quantités de vapeur d’eau transportées par la ventilation.

2ème constat

Que la coulisse soit partiellement, complètement ou pas du tout remplie d’isolant, la condensation interne, lorsqu’elle se produit, apparaît à la face interne de la maçonnerie de parement.

Une idée reçue… En réalité…

L’air chaud et humide venant de l’intérieur condense dans la coulisse. La condensation interne se produit sur la face interne du mur de parement et en plus tout à fait négligeable.

En conclusion

La condensation interne ne pose pas de problème spécifique vu que les quantités d’eau condensées sur la paroi interne de la maçonnerie de parement sont largement inférieures aux quantités ruisselant sur cette même face et provenant des pluies (4 à 10 kg d’eau/m² et par jour de pluie contre environ 150 g/m² par an de condensat).

Le transport de l’air dans un mur creux et son étanchéité à l’air

La quantité d’air qui traverse les matériaux des murs extérieurs est négligeable par rapport au transport de l’air par ventilation.

La présence d’une laine minérale dans la coulisse du mur creux n’a quasi pas d’influence sur le flux d’air au travers du mur creux; par contre celle d’une mousse synthétique diminue le flux d’air. Néanmoins, il faut pour cela que les joints entre panneaux soient bien fermés.

Enfin, la présence d’un enduit va elle aussi diminuer sensiblement le flux d’air.

Le tableau ci-dessous montre comment peut varier le flux d’air au travers d’un mur creux selon sa composition.

Schéma transport de l'air dans un mur creux.

Flux d’air (g/m²xjour) pour une différence de pression de 50 Pa
Sans enduit Avec enduit
Mur non isolé. +/- 350 +/- 80
Mur isolé avec une laine minérale. +/- 340 +/- 80
Mur isolé avec une mousse de polystyrène expansé. +/- 15 +/- 13

Pour qu’un bâtiment constitué de murs creux soit étanche à l’air, il faut :

  • Prévoir un enduit sur une des faces du mur porteur : plafonnage dans le cas le plus courant ou enduit de ciment du côté de la coulisse dans le cas d’une maçonnerie qui reste apparente pour des raisons esthétiques.
  • Bien fermer les joints des maçonneries intérieures et extérieures.
  • Placer des joints d’étanchéité à la jonction mur-châssis.
  • Installer des châssis qui ferment correctement.

Comportement du mur creux isolé aux fissurations

Lorsqu’un mur de façade est isolé, la différence de température entre l’intérieur et l’extérieur est reprise en grande partie par l’isolant.

Dès lors, lorsqu’on place un isolant dans la coulisse du mur creux, le parement est plus froid en hiver et plus chaud en été que le même mur sans isolation dans la coulisse. Sur une année le parement du mur creux isolé subit donc de plus grandes variations de températures. Il en est de même sur une journée.

Il ressort d’études sur l’évolution de la température au sein des murs de façade que les écarts de température été-hiver dans les maçonneries situées du côté extérieur par rapport à l’isolant thermique sont de l’ordre de 30 à 36 K, qu’il s’agisse d’une maçonnerie de parement ou d’un mur monolithique isolé par l’intérieur.

Par ailleurs, le rapport « Scheuren in woningen » du Stichting Bouwresearch montre que, selon la nature de la maçonnerie de parement, la fissuration peut déjà se produire pour des écarts de température compris entre 17 et 35 K.
De plus aux tensions dues aux variations de température, il convient d’ajouter celles résultant des alternances d’humidification et de séchage des parements.

De plus aux tensions dues aux variations de température, il convient d’ajouter celles résultant des alternances d’humidification et de séchage des parements.

On peut dès lors considérer que des fissures résultant de mouvements hygrothermiques (quelques dixièmes de millimètres à quelques millimètres) peuvent difficilement être évitées dans le parement d’un mur creux isolé.

Fissure verticale partant des angles des baies dans une façade.

Toutefois, le risque de fissuration est fonction des paramètres suivants :

  • la dimension de la façade,
  • le niveau d’exposition,
  • les caractéristiques mécaniques des matériaux constituant la maçonnerie,
  • la stabilité dimensionnelle de la maçonnerie (coefficient de dilatation, retrait hydraulique, etc.),
  • teinte du parement.

En outre, vu l’abaissement de la température moyenne d’hiver d’un mur creux isolé par rapport à un mur creux non isolé, le séchage est ralenti. L’humidification prolongée de la maçonnerie de parement peut favoriser une dégradation des matériaux par le gel. Les matériaux de la maçonnerie de parement doivent être non gélifs. Ceci est encore plus impératif si la maçonnerie de parement est recouverte d’une couche peu perméable à la vapeur (peinture, émail, …) qui, elle aussi freine le séchage.

Le mur creux ancien

Le mur creux ancien est un mur creux non isolé avec liaisons maçonnées. On le rencontre dans les constructions datant d’avant l’année 1939 environ.

Les 2 parties du mur extérieur sont écartées de l’ordre de 5 cm avec des liaisons maçonnées fréquentes entre elles notamment aux linteaux, sur le côté des baies et souvent au niveau des planchers.

Ces nombreux contacts ne sont pas toujours protégés par une barrière contre la pénétration des pluies, ce qui provoque des problèmes d’humidité. En outre, ces contacts constituent des ponts thermiques.

La ventilation de ces murs était obtenue par la pose de brique de ventilation en haut et en bas des pans de mur. Par forte pluie, ces briques peuvent constituer un accès facile à l’eau.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer le niveau d’éclairement

Évaluer le niveau d'éclairement

  

Sous un éclairement de 500 lux et de 50 lux.

Pourquoi un niveau minimum ?

Un niveau d’éclairement  minimum est nécessaire pour voir correctement et sans fatigue les objets et, ainsi, effectuer correctement (et parfois en toute sécurité) la tâche prévue. Parfois, notamment pour les salles de sport, l’éclairement vertical est aussi important que l’éclairement horizontal au sol.

Exemple pour une école

Dans les classes, un éclairement suffisant permettra une bonne vision nécessaire aux différentes tâches des élèves et facilitera l’accommodation rapide de l’œil pour passer de l’une à l’autre :

  • lecture ou écriture d’un document disposé sur la table,
  • lecture de ce qui est écrit au tableau (noir, vert ou blanc),
  • lecture de cartes ou de panneaux affichés,
  • regard prolongé vers le professeur ou vers un autre élève,
  • visualisation de films, de diapositives, d’émissions télévisées,
  • travail sur ordinateur,
  • …

   

   

Le niveau d’éclairement recommandé

Les niveaux d’éclairement  à garantir dans les locaux sont fixés par des recommandations émanant de normes et dans certains cas par des impositions réglementaires régissant la protection des travailleurs (RGPT).
L’éclairement moyen recommandé est fonction :

  • de la tâche à effectuer :
  • de la hauteur du plan de référence (plan de travail).

Données

 Pour connaitre les valeurs d’éclairement à atteindre en fonction de la tâche à effectuer.

Données

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

Comment évaluer sa situation ?

 Situation idéale, on dispose d’un luxmètre

Photo luxmètre.

Grâce à un luxmètre on peut directement mesurer le niveau d’éclairement en plusieurs points du local et établir ainsi une moyenne d’éclairement.

Cette méthodologie de mesure est détaillée dans la norme EN 12464-1. Si vous décidez d’utiliser le logiciel Dialux, celui-ci choisit pour vous en automatique le bon maillage.

À défaut, par estimation grossière

Schéma principe estimation grossière.

Le tableau qui suit permet de déterminer le niveau d’éclairement en fonction de la puissance installée et du type de luminaire.

Cette méthode s’applique à :

Puissance installée des lampes (sans les ballasts) en W/m²

 Niveau d’éclairement au niveau de la tâche

Réglette nue ou simple réflecteur peint

Diffuseur opalin

Diffuseur prisma-
tique

Réflecteur peint et ventelles planes

Réflecteur et ventelles paraboliques en aluminium

4

 150..170 70..80 90..110 120..150 + 180

6

220..260 100..120 140..160 180..220 + 380

8

 280..340 140..160 180..210 240..280 + 480

10

 350..420 170..200 230..270 300..350 + 600

12

 430..500 200..240 280..320 360..430 + 640

14

 500..580 240..280 320..380 420..500

16

 570..670 270..320 370..440 490..570

18

 650..750 300..360 420..490 550..650

20

 720..840 330..390 460..550 610..720

22

 790..920 370..430 500..590 670..790

24

 860..990 410..480 550..650 730..860

26

 900..1 080 440..510 600..700 790..930

28

 1 000..1 200 470..550 650..760 900..1 000

30

 1 100..1 220 510..600 690..810 920..1 100

32

 1 140..1 340 540..630 740..870 1 000..1 140

En
W/m² pour
100 lux

2,3..2,9

4,8..6,1

3,7..4,4

2,7..3,3

1,5…2

Calculs

 Il est possible d’adapter le tableau à sa situation propre. Pour évaluer plus précisément votre situation :

Et pour l’éclairage extérieur ?

Un niveau d’éclairement minimum est bien sûr aussi nécessaire pour distinguer correctement les obstacles, les autres usagers (et leurs intentions), la signalisation, …

Remarque : En éclairage intérieur, on parlera en termes  d’éclairement (lux). Ceci est en général représentatif de la performance visuelle à atteindre car on peut considérer que dans la plupart des locaux, les parois sont de couleur claire. Contre-exemple : on peut éclairer un local peint entièrement en noir avec 500 lux, on n’y verra rien ! De plus, à l’intérieur, il est difficile d’utiliser la luminance comme référence car la direction de vision y est souvent variable et cette grandeur est difficilement mesurable par le commun des mortels.

Par contre, en éclairage routier, la direction de regard est plus ou moins fixe (une personne assise au volant d’une voiture doit voir un obstacle se situant à une distance de 60 à 100 m). On exige donc des niveaux de luminance.

Dans les espaces extérieurs autres que les routes (piétonniers, …) ces données sont variables. On se permet donc de recommander des niveaux d’éclairement et non de luminance. Ceci a l’avantage d’être facilement mesurable grâce à un luxmètre.

Données

 Pour connaitre les valeurs d’éclairement à atteindre en éclairage extérieure.

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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Limiter les puissances installées

Limiter les puissances installées

Objectifs

La limitation du surdimensionnement des équipements n’est pas réalisée en vue de diminuer la pointe du courant de démarrage : cette pointe est de faible durée alors que le relevé de la pointe 1/4 horaire (utilisé pour la facturation) est établi sur la moyenne de la puissance appelée chaque 1/4 d’heure.

Ainsi, le démarrage d’un ascenseur provoque une forte pointe de courant ponctuelle, mais une faible consommation étalée sur le 1/4 d’heure.

Par contre, sélectionner un ascenseur de trop grande capacité engendrera un supplément de consommation permanent..

Également, l’ensemble des installations en amont sera surdimensionné. Et tout particulièrement le transformateur, dont les pertes à vide vont générer une consommation permanente non négligeable.

Nouvelles installations

On peut agir dès la conception de l’installation :

  • Éviter les surdimensionnements lors du calcul des installations ou lors de la sélection des équipements.
Par exemple, un calcul d’apports thermiques surévalués occasionnera :

  • une installation frigorifique surdimensionnée,
  • des temps de fonctionnement plus courts,
  • un rendement de fonctionnement plus faible.
  • Choisir des équipements à démarrage progressif ou séquentiel : il est préférable d’installer deux machines de puissance plus faible plutôt qu’une seule.
Exemple : les groupes frigorifiques, pour lesquels on préférera une cascade de compresseurs ou le choix d’un compresseur multiétagé.

Cette adaptation de la puissance aux besoins demande d’effectuer un bilan qui tient compte de coefficients réalistes de simultanéité des besoins.

Installations existantes

Sur une installation existante, sans modifier l’équipement existant,on peut éviter de démarrer simultanément des équipements, de manière à ne pas cumuler les consommations.

Il est donc important de programmer les différentes utilisations en tenant compte de ce critère.

Exemple : décalage des signaux de demande d’un ensemble de ventilo-convecteurs équipés de résistances chauffantes électriques.

Mais il est possible également de réévaluer l’importance des puissances installées des équipements. Si le bureau d’études a dimensionné l’installation sur base d’une utilisation probable du bâtiment, le responsable technique de l’exploitation est lui bien placé pour évaluer les besoins effectifs en fonction de l’utilisation réelle :

  • un ballon d’eau chaude sanitaire trop important,
  • une installation frigorifique dont on peut étager le travail du compresseur,
  • une installation d’éclairage dont l’intensité ne correspond plus aux besoins,
  • une installation de ventilation dont le débit peut être modulé par un variateur de vitesse,
  • un circulateur de chauffage surdimensionné, parce qu’une extension du bâtiment était envisagée autrefois,
  • …
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Concevoir une nouvelle installation électrique et URE

Concevoir une nouvelle installation électrique et URE

Une installation électrique dans un nouveau bâtiment tertiaire est le plus souvent constituée :

  • d’un transformateur transformant la haute tension du distributeur en basse tension,
  • d’un raccordement vers le tableau électrique général basse tension (ou TGBT),
  • d’une distribution du TGBT vers les différents équipements comme les luminaires, les prises, …
  • d’équipements consommateurs (éclairage, bureautique, HVAC …)

Concevoir une nouvelle installation avec un regard URE :

  • C’est diminuer au maximum les pertes d’énergie en amont des utilisateurs. Il s’agit des pertes des transformateurs (pertes à vide et pertes en charge) et des pertes de distribution entre le transformateur et le TGBT. C’est par un choix et un dimensionnement correct des équipements qu’une optimalisation est possible.
  • C’est concevoir le réseau de distribution vers les équipements de manière à rendre possible une gestion du fonctionnement de ceux en fonction des besoins réels.
  • C’est enfin choisir les équipements les plus performants possibles.

Concevoir

 Choix du transformateur.

Concevoir 

 Dimensionnement des câbles de raccordement au bâtiment.

Concevoir 

 Concevoir la distribution électrique interne.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Récapitulatif des caractéristiques des vitrages

Récapitulatif des caractéristiques des vitrages

Les vitrages thermiques et les vitrages permettant le contrôle solaire

Le tableau ci-dessous donne les caractéristiques des vitrages isolants et des vitrages permettant le contrôle solaire.

Type de vitrage Coefficient U
(W/m²K)		 Transmission lumineuse TL % Facteur solaire FS %
(g)		 Facteurs accoustiques Aspect en réflexion
Rw Rw
+ C		 Rw
+ Ctr
Simple clair (8 mm) 5,8 90 86 32 31 30 neutre
Double clair 2.8 81 76 30 29 26 neutre
clair + basse émissivité 1,6 70 55 30 29 26 neutre
clair + absorbant 2,8 36 à 65 46 à 67 32 31 30 vert, bronze, bleu, rose, ….
clair + réfléchissant 2,8 7 à 66 10 à 66 32 31 30 argenté, métallique, doré, gris, vert, bleu,….
clair + basse émissivité et à contrôle solaire 1,6 71 40 – – – neutre
clair + basse émissivité + gaz isolant 1 à 1,3 70 55 35 33 29 neutre
clair + basse émissivité et à contrôle solaire  + gaz isolant 1 à 1,3 71 40 – – – neutre
Triple clair 1,9 74 68 – – – neutre
clair + basse émissivité + gaz isolant 0,6-0,8 65-75 50-70 – – – neutre
clair + basse émissivité (int) + contrôle solaire (ext) gaz isolant 0,6-0,8 60-70 30-40 – – – neutre

Remarque : En ce qui concerne les valeurs des indicateurs à valeur unique Rw, on suppose que les doubles vitrages repris dans le tableau ne sont pas dissymétriques et que ces vitrages ne sont pas équipés de verre feuilletés ou de gaz acoustiques. Les valeurs données restent cependant approximatives. En effet, le niveau d’isolation acoustique est fonction aussi de l’épaisseur des verres et de l’espace existant entre les feuilles de verres.

Les vitrages acoustiques et les vitrages de sécurité

Ces vitrages acoustiques et de sécurité disposent souvent en plus de caractéristiques de contrôle solaire ou thermiques. Ici, ont été choisis des vitrages types à titre d’exemple, mais d’autres améliorations ou associations sont réalisables :

 

Type de vitrage

 

 

 

  

Coefficient U
(W/m²K)

 

  

Facteur solaire FS %

 

  

Transmission lumineuse TL %

 Facteurs acoustiques : Aspect en réflexion
Rw Rw
+ C		 Rw
+ Ctr

Sans couche basse émissivité
Vitrage thermique disymétrique
avec gaz (8/12argon/5)		 2,65 70 78,5 38 36 32 neutre
Vitrage thermique feuilleté
(6/15air/55.2 PVB)		 2,7 69 76,5 41 38 34 neutre, vert, bleu
Vitrage thermique feuilleté
(8/12air/44.2 PVB)		 2,8 67 76,5 41 40 37 neutre, vert, bleu
Vitrage avec PVB amélioré
(12/20air/44.2 PVBa)		 2,66 63 74 44 43 40 neutre, vert, bleu
Vitrage avec résine coulée
(44.1,5RC/20argon/55.1,5RC)		 49 47 42 neutre,vert, bleu

Avec couche basse émissivité
Vitrage thermique feuilleté
(6/12air/44.1 PVBa)		 1,6 35 68 38 37 33 neutre, vert, bleu
Vitrage thermique feuilleté
(6/12argon/44.1 PVBa)		 1,3 35 68 38 37 33 neutre, vert, bleu
Vitrage thermique feuilleté
(10/12air/44.2 PVBa)		 1,6 33 66 42 40 37 neutre, vert, bleu
Vitrage thermique feuilleté
(10/12argon/44.2 PVBa)		 1,3 33 66 42 40 37 neutre, vert, bleu
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des prises et des rejets d’air extérieurs

Prises d’air

Les prises d’air neuf doivent :

  • Être les plus proches possible de la centrale de traitement de l’air. On sait que les pertes de charge en aspiration sont plus faibles qu’en refoulement, car il s’agit d’une mise en vitesse; mais le dessin des prises d’air doit néanmoins être bien tracé, car la perte de charge existe, elle est une source de bruit et elle peut avoir une grande influence sur le fonctionnement des équipements placés en aval : ventilateurs, filtres, échangeurs.

Pour minimiser les pertes de charge,
il faut assurer un passage progressif entre l’espace infini extérieur
et la section du conduit d’aspiration.

  • Ne pas aspirer du côté de rues à fort trafic.

 

  • Éviter les effets de by-pass entre prise d’air neuf et évacuation d’air vicié. Les aspirations doivent naturellement être faites loin des zones de refoulement d’air vicié. Les prises d’air neuf doivent être faites plus bas que les sorties des rejets d’air vicié. De même, il faut s’éloigner des orifices d’évacuation des fumées de parking et tours aéroréfrigérantes, tout en tenant compte des vents dominants.

 

  • Pour limiter les charges calorifiques inutiles, éviter de disposer les prises d’air dans des endroits fortement ensoleillés (toitures, terrasses, façade ensoleillée, …) sans protection.

 

  • Résister aux intempéries. Pour cela, les aspirations se font en général du bas vers le haut, sinon sous la protection d’une visière assez longue, car l’aspiration a évidemment tendance à entraîner la pluie ou la neige. Ne pas oublier que neige et brouillard givrant peuvent très vite obturer les grillages de protection et faire se coller les uns aux autres les volets mobiles des registres automatiques ou autobasculants.

 

  • Limiter le transfert des bruits. Il est fréquent de confier aux prises d’air une fonction d’insonorisation permettant non seulement de réduire le bruit extérieur pénétrant dans l’installation, mais également le bruit de celle-ci partant vers l’extérieur, en particulier celui des ventilateurs.

 

  • Prévoir un accès pour le nettoyage. Celui-ci peut être fréquent puisque les grilles de prise d’air extérieur ne sont pas protégées par des filtres.

 

  • Ne pas permettre l’intrusion de rongeurs par exemple grâce à un grillage. Celui-ci sera réalisé avec une section de câble la plus faible possible pour limiter les pertes de charge à l’entrée.

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les prises d’air extérieures :

  • Le placement préférentiel de la prise d’air est face aux vents dominants.

 

  • Le dimensionnement de la prise d’air non protégée s’effectue sur base d’une vitesse d’air maximum de 2 m/s.

 

  • Les principales distances à respecter par rapport à la prise d’air sont reprises dans le tableau suivant :
Exigences EN 13779
 en [m]
Distance au sol 1,5 x l’épaisseur de neige maximum
Distance minimale des sources polluantes (point de ramassage d’ordure, parking de plus de 3 voitures, …) 8

Rejets d’air

La norme européenne EN 13779 définit certaines dispositions à respecter pour les rejets d’air vers l’extérieur.
Si une bouche de rejet d’air est disposée sur un mur, elle doit respecter les prescriptions suivantes :

  • Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 8 m d’un immeuble voisin.

 

  • Les rejets d’air doivent se trouver à plus de 2 m d’une prise d’air neuf située sur le même mur et de préférence au-dessus de celle-ci.

 

  • Le débit d’air par bouche ne peut dépasser 0,5  m³/s et la vitesse de l’air au droit de la bouche doit dépasser 5 m/s.

Si une de ces conditions n’est pas respectée, les rejets d’air doivent être installés en toiture.
L’Annexe C3 de la PEB complète la EN 13779 en imposant que dans le cas d’une ventilation naturelle, les bouches d’évacuation soient raccordées à un conduit d’évacuation qui débouche au-dessus du toit. Les conduits d’évacuation doivent avoir un tracé vertical autant que possible. Des déviations de maximum 30° par rapport à la verticale sont admises.

Combinaison rejet-entrée d’air

   

Distance minimum entre entrée et rejet d’air pour un air de ventilation courant à faible niveau de pollution (norme EN 13779).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évacuations d’air naturelles

Évacuations d'air naturelles

Évacuations d’air naturelles : définition

Une évacuation d’air naturelle est définie dans la norme NBN D 50-001 relative à la ventilation des locaux d’hébergement comme :

Une « ouverture d’évacuation d’air réglable » ou « OER »

Les évacuations d’air naturelles ne comprennent pas de ventilateur. Elles sont obligatoirement composées de grilles ou bouches réglables disposées dans les locaux d’où l’air vicié est évacué, de conduits d’allure verticale et de débouchés en toiture.

Cette définition exclut tout autre mode courant d’évacuation utilisé tel que les fenêtres, les portes, les grilles en façade, les vasistas,… . En effet aucun de ces systèmes ne donne la garantie que l’air sera réellement évacué. Par exemple, il est possible qu’une grille disposée dans un façade en surpression (face aux vents dominants) ne puisse pas évacuer l’air naturellement vers l’extérieur.

Ces systèmes ne sont utilisés que pour la ventilation transversale de locaux spéciaux comme des greniers ou des garages.

Ouvertures d’évacuation

Les ouvertures d’évacuation naturelles sont des ouvertures disposées dans les locaux d’où l’air vicié doit être évacué. Elles sont raccordées à des conduits verticaux débouchant en toiture.

Il existe de simples grilles ou des bouches profilées.

La section libre de l’ouverture doit au minimum être de 140 cm² (70 cm² dans un WC) et pouvoir être réglée (en continu ou en 3 positions intermédiaires) entre la position complètement ouverte et la position complètement fermée.

En position complètement fermée, une bouche d’évacuation naturelle doit encore laisser passer un certain débit de fuite. Pour cela, il faut que la section nette résiduelle en position fermée soit égale à 3 .. 5 % de la section en position complètement ouverte.

Conduits verticaux

Les conduits d’évacuation naturelle doivent présenter un tracé le plus vertical possible. Ils ne peuvent comprendre de déviations brusques, de fortes courbes ou encore des élargissement ou des rétrécissements soudains. Des angles de maximum 30° par rapport à la verticale sont cependant admis.

Raccordements possibles de plusieurs bouches d’évacuation sur un même conduit vertical.

Un même conduit peut desservir plusieurs locaux superposés ou adjacents, soit directement, soit via des conduits secondaires, soit via des évacuations shunt. Les deux dernières solutions sont obligatoires si la hauteur du dernier plancher par rapport au plancher de l’entrée principale est supérieure à 13 m, ceci pour éviter les risques de refoulement de local vers l’autre.

Les conduits secondaires doivent aussi avoir un tracé aussi vertical que possible. Le tracé ne peut être incliné de plus de 30° par rapport à la verticale sur un tronçon de plus d’un mètre. Le raccord avec le conduit principal doit être le plus régulier possible.

La section des conduits doit être supérieure à 2,8 cm² par m³/h de débit évacué.

Débouchés en toiture

Les conduits d’évacuation naturelle doivent déboucher en toiture sans qu’il y ait de risque de refoulement ni de grande modification du tirage quelles que soient la direction et la force du vent.

Débouché de toiture anti refoulant.

L’évacuation ne peut être gênée par la pente de la toiture ou par des bâtiments élevés avoisinants.

Les zones autorisées pour l’emplacement d’un débouché de toiture dépendent des obstacles avoisinant le bâtiment concerné et de la toiture elle-même.

Vue en plan horizontal : un bâtiment voisin est considéré comme un obstacle
s’il est compris dans un angle de plus de 15°  par rapport au débouché de cheminée.

Vue en plan vertical : le débouché de cheminée doit avoir une hauteur minimum
en fonction de la pente de la toiture et de la distance au faîte.

Pente de toit < 23°.

Pente de toit < 23°.

Zone autorisée pour le placement d’un débouché
de cheminée (h1) en fonction des obstacles avoisinants (h2).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Mesurer les pertes à l’arrêt d’une chaudière

Mesurer les pertes à l'arrêt d'une chaudière

Les pertes à l’arrêt total d’une chaudière sont constituées des pertes vers l’ambiance et des pertes par balayage. Elles s’expriment par un coefficient de perte qE, pourcentage de la puissance nominale de la chaudière :

qE [%] = qA [%] +

Mesure des pertes vers l’ambiance, qA

Les pertes vers l’ambiance de la chaufferie dépendent de la température de la chaufferie et de la température de la chaudière. Une image de cette dernière est la température de ses parois que l’on peut mesurer au moyen d’un thermomètre de contact (à contact direct ou à infrarouge). On peut calculer les pertes à partir de cette mesure en utilisant la formule :

Perte [W] = 12 [W/m²°C] x Sparois [m²] x (Tparois [°C] – Tchaufferie [°C])

qA [W] = Perte [W] / Puissance chaudière [W]

Exemple.

Mesure de la température de paroi d’une chaudière de 1979.

La mesure de température de surface d’une chaudière de 406 kW de 1979 maintenue en permanence à 70°C a donné les résultats suivants :

Il en résulte une perte de (la température de la chaufferie est de 20°C) :

Surface [m²]

Température de paroi [°C]

 Perte [W]
(= 12 x Surface x (Tparoi – 20))
0,5 54 204
0,25 60 120
3,55 38 767
0,33 52 127
0,12 52 46
0,12 60 58

Total

 1 322

Cette perte équivaut à 0,33 % de la puissance installée (= qA).

L’installation étant correctement dimensionnée, on peut estimer que le brûleur est à l’arrêt 4 000 heures par an (pour 1 800 h de fonctionnement).

L’énergie perdue vers la chaufferie, lorsque le brûleur est à l’arrêt s’élève donc à :

0,0033 x 406 [kW] (ou 1,322 [kW]) x 4 000 [h/an] = 5 288 [kWh/an] ou 529 [litres de fuel par an].

Pertes par balayage

Les pertes par balayage sont le résultat du courant d’air qui parcourt la chaudière à l’arrêt et évacue une partie de sa chaleur vers la cheminée.

Cas particulier des chaudières gaz atmosphériques

En première estimation on peut se dire que le débit d’air qui traverse une chaudière gaz atmosphérique est au maximum égal au débit d’air entraîné lors de la combustion.

Il faut au minimum 10 m³ d’air pour brûler 1 m³ de gaz naturel.

On peut donc se faire une idée de la perte maximale par balayage par les formules (en faisant l’hypothèse que l’air s’échappant dans la cheminée a atteint la température de l’eau dans la chaudière) :

Perte [W] = 0,34 [W/(m³/h).°C] x 10 [m³air/m³gaz] x Débit gaz [m³gaz/h] x (Tchaudière [°C] – Tchaufferie [°C])

Perte [W] = 0,34 [W/(m³/h).°C] x 10 [m³air/m³gaz] x Puissance chaudière [kW] / 10 [(m³gaz/h)/kW] x (Tchaudière [°C] – Tchaufferie [°C])

qB [W] = Perte [W] / Puissance chaudière [W]

Exemple.

Une chaudière gaz atmosphérique de 100 kW est maintenue à une température moyenne de 70°C. La température dans la chaufferie est de 20°C.

Le débit de gaz de la chaudière est de :

Débit gaz = 100 [kW] / 10 [(m³gaz/h)/kW] = 10 [m³gaz/h]

La perte par balayage est estimée à :

Perte [W] = 0,34 [W/(m³/h).°C] x 10 [m³air/m³gaz] x 10 [m³gaz/h] x (70 [°C] – 20 [°C]) = 1 700 [W]

Soit 1,7 % de la puissance de la chaudière (= qB maximum).

Si l’installation est correctement dimensionnée, on peut faire l’hypothèse que son brûleur fonctionne durant 1/3 de la saison de chauffe (de 5 800 h). La chaudière est donc à l’arrêt et reste en température durant 3 900 h par an.

L’énergie perdue par balayage est donc de :

1 700 [W] x 3 900 [h/an] = 6 630 [kWh/an] ou 663 [litre fuel ou m³gaz par an]

Mesure du débit d’air pour les chaudières à brûleur pulsé

Il n’est pas évident de connaître le débit d’air « balayant » une chaudière à brûleur pulsé à l’arrêt. Celui-ci est en principe inférieur au débit d’air de combustion pulsé par le ventilateur du brûleur.

Il faut travailler par estimation.

Première estimation

En plaçant sa main devant l’entrée d’air du brûleur, on peut déjà ressentir un courant d’air significatif. Si on considère qu’un courant d’air à température de chaufferie est ressenti à partir d’une vitesse de 0,6 .. 1 m/s, on peut approximer la perte par balayage par la formule :

Perte [W] = 0,34 [W/(m³/h).°C] x 0,6 .. 1 [m/s] x 3 600 [s/h] x Surface amenée air [m²] x (Tchaudière [°C] – Tchaufferie [°C])

Deuxième estimation

Le débit de gaz au travers d’une section varie comme le carré de la pression.

Dès lors, si on connaît le débit de fumée et la dépression dans la cheminée lorsque le brûleur est en fonctionnement, on peut en déduire le débit d’air à l’arrêt par une mesure de dépression lorsque le brûleur est arrêté.

On détermine le débit de fumée par les formules (en partant du principe que la masse des fumées = la masse de l’air comburant + la masse du combustible) :

> pour le gaz :

Débit de fumée [kg/m³gaz] = 11,13 [kg air/m³gaz] x (1 + (Excès d’air [%] / 100)) + 0,827 [kg gaz/m³gaz]

> pour le fuel :

Débit de fumée [kg/litre fuel] = 12,75 [kg air/litre fuel] x (1 + (Excès d’air [%] / 100)) + 0,85 [kg fuel/litre fuel]

Pour utiliser ces formules, il faut donc connaître l’excès d’air. Celui-ci peut être mesuré directement dans le cadre de l’analyse des produits de combustion. Si on ne dispose pas de cette mesure, on peut se référer, pour les chaudières fuel, à la fiche d’entretien qui reprend le pourcentage de CO2 contenu dans les fumées :

> pour le gaz :

Excès d’air [%] = ( (11,9 [%] / %CO2 [%]) – 1 ) x 100

> pour le fuel :

Excès d’air [%] = ( (15,4 [%] / %CO2 [%]) – 1 ) x 100

À défaut, une valeur forfaitaire de 20 % est une valeur courante que l’on prend prendre en première approximation pour l’excès d’air.

Le débit de fumée (en [kg/m³gaz ou litre fuel]) ainsi déterminé doit être multiplié par le débit de combustible du brûleur (en [m³gaz/h ou litre fuel/h]).

Pour le fuel, on peut se référer à la fiche d’entretien et aux caractéristiques du gicleur. Pour le gaz, il faut relever le compteur gaz pendant la durée de fonctionnement du brûleur et diviser le volume de gaz mesuré par la durée de fonctionnement du brûleur en heure (on obtient des [m³/h]).

Débit de fumée [kg/h] = Débit de fumée [kg/m³gaz ou litre fuel] x débit de combustible [m³gaz/h ou litre fuel/h]

Ensuite, il faut connaître la dépression dans la cheminée lorsque le brûleur fonctionne et lorsque le brûleur est à l’arrêt.

Ces données ne peuvent être connues que par mesure. La dépression lorsque le brûleur fonctionne est également reprise sur la fiche d’entretien des chaudières fuel.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur l’interprétation de la fiche d’entretien des chaudières fuel.

On peut alors calculer le débit d’air traversant la chaudière à l’arrêt :

Connaissant le débit d’air, on peut calculer la perte par balayage :

Perte [W] = 0,28 [W/(kg/h).°C] x Débit d’air [kg air/h] x (Tchaudière [°C] – Tchaufferie [°C])

Exemple.

Sur une fiche d’entretien de chaudière fuel de 406 kW, on repère :

  • La dépression dans la cheminée lorsque le brûleur est en fonctionnement : 15 [Pa].
  • Les caractéristiques de l’alimentation en fuel : gicleur de 5 [gal/h] et pression de la pompe d’alimentation de 19 [bars].
  • La teneur en CO2 des fumées : 12,5 [%].

On peut calculer le débit de fumées :

  • Le débit de fuel :

5 [gal/h] x 3,78 [litres/gal] x
(19 [bars] / 7 [bars]) 1/2 = 31 [litres/h]

  • L’excès d’air :

( (15,4 [%] / 12,5 [%]) – 1) x 100 = 23 [%]

  • Le débit de fumée :

12,75 [kg air/litre fuel] x (1 + (23 [%] / 100))
+ 0,85 [kg fuel/litre fuel] = 16,5 [kg/litre fuel]

  • Le débit de fumée :

16,5 [kg/litre fuel] x 31 [litres/h] = 511 [kg/h]

Lorsque le brûleur est à l’arrêt, la dépression mesurée est de 10 Pa, pour une température de chaudière de 70 °C. On en déduit :

  • Le débit d’air :

511 [kg fumée/h] x (10 [Pa] /
15 [Pa]) 1/2 = 417 [kg air/h]

  • La perte par balayage :

0,28 [W/(kg/h).°C] x 417 [kg air/h]
x (70 [°C] – 20 [°C]) = 5 838 [W]

  • Le coefficient de perte par balayage :

5,838 [kW] / 406 [kW] = 1,4 [%]

Si la chaudière est à l’arrêt en température 4 000 heures sur la saison de chauffe, la perte encourue du fait du balayage est de :

0,014 x x 406 [kW] (ou 5,838 [kW]) x 4 000 [h/an] =
23 352 [kWh/an] ou 2 335 [litres de fuel par an]
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Diminuer les charges thermiques internes

Diminuer les charges thermiques internes

L’apport des occupants

L’homme apporte chaleur sensible (par notre corps à 37°C) et chaleur latente (par notre production de vapeur d’eau en respiration et transpiration).

Ces valeurs varient en fonction de la température ambiante.

En hiver, l’occupant d’un bureau à 22°C fournit 85 Watts de chaleur gratuite au local. Par ailleurs, il disperse 47 grammes d’eau dans l’atmosphère chaque heure. Cet apport d’eau ne modifie pratiquement pas la température du local et ne constitue donc pas un apport complémentaire en hiver.

Par contre, en été, la vapeur d’eau délivrée augmente (70 gr/h à 26°C) et sera condensée sur la batterie froide du ventilo-convecteur, par exemple. La chaleur de condensation correspondante devra être comptabilisée dans le bilan thermique de la machine frigorifique.

Peut-on diminuer ces consommations ?

En hiver, l’apport des personnes est bénéfique pour l’installation de chauffage.

En été, il est difficile d’empêcher les gens de transpirer ! Quoique… il faudrait suggérer au patron une petite sieste salutaire pour diminuer le métabolisme et donc cette coûteuse charge thermique pour le climatiseur !

Plus sérieusement, il est parfois possible d’augmenter la température du fluide refroidissant (boucle d’eau glacée, par exemple), afin de limiter la charge thermique de condensation de la vapeur d’eau.

Dans un climatiseur de local par contre, on travaille « en détente directe », la température du fluide frigorigène (que l’on ne peut modifier) sera inférieure au point de rosée, et la condensation aura toujours lieu…

L’apport des équipements

Toute charge électrique (éclairage, bureautique, machine à café, …) dans un local refroidi est payée deux fois : une fois pour effectuer le travail attendu, une fois pour évacuer ce travail qui s’est transformé en énergie calorifique.

Par exemple : 100 lampes de 60 Watts vont entièrement convertir l’énergie qu’elles utilisent en chaleur. Il faudra donc évacuer 6 000 W, ou 6 kW de chaleur… !
  Puissance installée du compresseur est inférieure à la puissance frigorifique apportée à la pièce par le système de refroidissement !

en choisissant dans un catalogue un appareil de « 6 kW », on sélectionne un climatiseur dont l’évaporateur est capable d’apporter 6 kWh de froid (= de retirer 6 kWh de chaleur) au local en 1 heure de fonctionnement. Donc, « 6 kW » constitue sa puissance frigorifique.

Mais pour ce faire, curieusement, le compresseur demande une puissance électrique plus faible, de l’ordre de 2 kW. Après une heure, il aura consommé une énergie de 2 kWh (sur base d’une efficacité frigorifique de 3).

Et la facture d’énergie électrique en une heure sera de 8 kWh (6 kWh pour les lampes + 2 kWh pour la climatisation).

Quelle réduction des charges thermiques ?

Dans les bâtiments plus anciens, on peut généralement diminuer les puissances électriques utilisées pour l’éclairage des locaux et pour les équipements de bureautique notamment (ordinateur, photocopieuse, …). Une meilleure gestion de ces équipements peut également permettre de diminuer la consommation de la climatisation.

Évaluer

   Pour évaluer la qualité de l’éclairage existant.

Améliorer

  Pour examiner les améliorations possibles.

La rentabilité des interventions sur ces équipements est améliorée par l’économie complémentaire faite sur le coût d’exploitation de la climatisation.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Placer un climatiseur ou une protection solaire ?

Placer un climatiseur ou une protection solaire ?

Introduction

Si les apports solaires sont à l’origine de la surchauffe, il faut se demander, avant de climatiser si le placement de protections solaires sur les baies vitrées ne permettrait pas de résoudre le problème de façon plus économe.

Voici les résultats d’une simulation du comportement d’un bureau standard. On y a comparé les coûts d’achat et d’exploitation d’un climatiseur et d’un store extérieur.

Hypothèses de travail

Il s’agit d’un bureau de 30 m² de surface au sol, orienté au sud.
Une température de confort y est maintenue été comme hiver par un système de climatisation.

Consignes de température intérieure
en hiver en période d’occupation 20°C
en période d’inoccupation 15°C
en été en période d’occupation 25°C
en période d’inoccupation 30°C

Horaires de fonctionnement de l’installation de climatisation
occupation de 8 à 18h en semaine (260 jours par an)
ralenti de 17 à 7h en semaine et 24 h sur 24 les week-ends

Apports internes en période d’occupation
cas 1 : apports limités
  • 2 personnes (2 x 70 W)
  • 2 lampes individuelles (2 x 18 W)
  • éclairage général de 13 W/m² (390 W)
cas 2 : apports moyens
  • 2 personnes (2 x 70W)
  • 2 lampes individuelles (2 x 18 W)
  • 2 ordinateurs (2 x 160 W)
  • éclairage général de 13 W/m² (390 W)

Résultats de la simulation

Cas 2 (apports internes moyens)
Consommations en climatisation durant une année
surface du vitrage

[m²]

 présence d’une protection solaire
(1)		 consommation en froid
(2)[kWh/an]		 température maximum atteinte sans climatisation
(3)[°C]		 coût d’exploitation
(4)[€/an]		 potentiel d’économie

[€/an]
4 non 456 33,5 52,5 38,8
oui 119 28,4 13,7
6 non 650 35,8 74,75 58,8
oui 139 28,8 16
8 non 826 38 95 77,2
oui 155 29,2 17,8
10 non 985 40,1 113,3 94
oui 168 29,6 19,3

(1) les protections solaires sont des protections extérieures mobiles. Leur déploiement intervient de mars à octobre lorsque le rayonnement solaire traversant le vitrage dépasse 100 W/m².

(2) l’efficacité frigorifique du climatiseur est estimée à 2,5.

(3) en juin.

(4) à 0,11 €/kWh.

Conclusions

Lorsque les gains internes ne sont pas trop importants (cas 1), on peut considérer que la surchauffe est principalement due aux apports solaires. Dans ce cas, en admettant un très léger inconfort (température intérieure maximum de 26°C lorsqu’il fait 32°C à l’extérieur), on peut envisager le placement de protections solaires sur les fenêtres et l’absence d’un climatiseur.

Pour illustrer ceci, comparons les coûts des deux solutions pour une fenêtre de 6 m² :

Solution

 Coût d’investissement Coût d’exploitation Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile 750 €
(1)		 0 €/an 750 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW 875 €
(2)		 44,05 €/an 1315,5 €

(1) le coût d’une protection solaire est estimé à 125 €/m² (attention ce coût est indicatif et peut varier fortement en fonction de la taille de la protection et de son degré d’automatisation).

2) le climatiseur de fenêtre est couramment le système le moins cher. En fonction de l’emplacement des éléments en fonction du confort recherché, des liaisons électriques et frigorifiques le coût d’investissement de la climatisation peut augmenter rapidement (on atteint rapidement 2500 €).

3) hors entretien.

Lorsqu’une partie importante de la surchauffe est due aux apports internes (cas 2), le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Par exemple, pour une fenêtre de 6 m² :

Solution

 Coût d’investissement Coût d’exploitation Coût total sur 10 ans (3)
Protection solaire extérieure en toile et climatiseur de fenêtre de 1,5 kW 1 250 € 1,7 €/an 1267 €
Climatiseur de fenêtre de 3 kW, sans protection solaire 875 € 44,05 €/an 1 315,5 €

Lorsque chaque personne dispose d’un ordinateur, le placement de protections solaires seules ne permettra pas d’atteindre le confort voulu. Cependant, celles-ci diminueront souvent les besoins en froid et leur surcoût pourra être rentabilisé en moins de 10 ans (diminution de la puissance installée du climatiseur et des consommations). Pour maîtriser la température intérieure sans climatisation, il faudra en plus adopter une politique active de ventilation : le free cooling.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer le confort et l’efficacité du trafic [ascenseurs]

Évaluer le confort et l'efficacité du trafic [ascenseurs]

Confort des utilisateurs

Mis à part l’aspect sécurité des ascenseurs (un des équipements les plus contrôlés du bâtiment !), les exigences des utilisateurs sont fortes en ce qui concerne :

  • le temps d’attente acceptable sur les paliers d’ascenseur,
  • la densité de population acceptable dans la cabine d’ascenseur,
  • l’accélération et la décélération supportable lors des déplacements,
  • l’acoustique interne de la cabine,
  • la pression interne dans la cabine,
  • le seuil acceptable de vibrations de la cabine,
  • le niveau d’éclairement moyen de la cabine,
  • le niveau de ventilation,
  • …

Le temps d’attente moyen

Des études ont permis d’établir un temps moyen d’attente statistique par type de bâtiments, sous-entendant que la tolérance à l’attente de la cabine varie en fonction de l’immeuble dans lequel on se trouve (plus pressé au boulot ?). En effet, le temps d’attente acceptable est défini par un jugement de valeur basé, en partie, sur une évaluation du coût du temps perdu à l’attente (eh oui, c’est pour la pomme du patron !). Par conséquent, il peut être plus long dans le cas d’un immeuble résidentiel (là, ce n’est plus le patron qui paie !) que dans le cas d’un bâtiment tertiaire.

Type de bâtiment Temps d’attente moyen [s]
Bureau, hôpital, école, … 25-30
Résidentiel 50-80
Hébergement 40-70

Une manière simple d’évaluer le temps d’attente passe simplement par l’utilisation répétée d’un chronomètre à différents étages et de préférence en période d’affluence. Il suffit de démarrer le chrono au moment où l’on pousse sur le bouton d’appel d’étage et de l’arrêter dès l’instant où les portes de la cabine s’ouvrent à cet étage. En effectuant la moyenne des relevés, on sait tout de suite savoir si le temps d’attente moyen est raisonnable.

La densité de population

Une cabine d’ascenseur est un laboratoire social par excellence. On y voit tout de suite les niveaux de tolérance de proximité d’autrui. Basé de nouveau sur des études statistiques, la densité limite est de l’ordre de 5 personnes par m2.

Ce facteur est important dans le sens où l’auteur d’un projet d’implantation d’ascenseur dans un immeuble peut complètement se tromper en le sous-estimant. En effet, les occupants n’aimant pas d’être serrés, il arrive régulièrement que les utilisateurs prennent l’ascenseur suivant en constatant que la cabine les invitant à embarquer est trop remplie à leur goût; il en résulte une réduction de la capacité de transport.

C’est en période d’affluence que l’évaluation est la plus crédible. Un simple comptage discret du nombre de personnes présentes dans la cabine situe tout de suite la tolérance de proximité des collègues. Suite à ce comptage, si vraiment la cabine est peu remplie, il est nécessaire d’envisager une campagne de sensibilisation. À l’inverse, si les collègues sont serrés comme des sardines, il faut alors de concentrer sur l’évaluation de l’efficacité du trafic.

L’accélération et la décélération

Il est nécessaire de tenir compte des critères d’accélération ou de décélération dans une étude de confort sachant que la vitesse « de croisière » (pallier à vitesse constante) n’entre pas en ligne de compte dans l’évaluation de l’inconfort des utilisateurs.

Une valeur pratique souvent rencontrée au niveau de l’accélération des cabines est de 0,8 [m/s²].

L’utilisation de moteur électrique à deux vitesses est encore rencontrée régulièrement dans les immeubles d’un certain âge et tout le monde a déjà ressenti l’effet plus ou moins bien supporté :

  • du démarrage et du passage de petite en grande vitesse (sensation d’écrasement),
  • de l’arrêt (sensation d’apesanteur).

L’effet d’accélération, de décélération et les vibrations latérales de l’ascenseur se marquent au niveau :

  • du système vestibulaire de l’oreille interne,
  • du système pileux,
  • des récepteurs sensibles au niveau de la colonne vertébrale (particulièrement le cou),
  • des muscles compensant l’effet des variations de pression mécanique,
  • des organes internes qui se déplacent,
  • de la plante des pieds détectant le changement de poids du corps pendant les variations de vitesse.

Les constructeurs ont à leur disposition un profil type de courbe d’accélération et de décélération pour lequel les réponses du corps humain, face aux différentes sollicitations exercées par l’ascenseur, sont bonnes. Indépendamment des chiffres (variant en fonction de la vitesse à atteindre), c’est surtout le profil de l’accélération et la décélération qui est intéressant à analyser :

La courbe ci-dessus montre un profil de vitesse en fonction du temps qui répond bien aux critères de confort. Seules les techniques modernes peuvent intégrer ce type de courbe dans la commande des moteurs, tant en commande qu’en puissance (automate programmable, variateur de fréquence, …).

L’acoustique interne de la cabine

La norme NBN EN 81-1 ne définit pas les niveaux acoustiques à respecter dans la cabine de manière à limiter les nuisances sonores provenant de la trémie. Dans ce cas, on peut se référer à la norme NBN EN 13779 qui traite, entre autres, du confort acoustique dans les locaux des bâtiments tertiaires; une valeur normale du niveau acoustique se situe aux alentours des 40 dB.

Si des plaintes de nuisance sonore dans la cabine reviennent régulièrement aux oreilles du maître d’ouvrage, il est nécessaire d’effectuer une mesure au moyen d’un sonomètre.

La pression interne de la cabine

L’évolution de la pression interne dans la cabine peut être source de nuisance importante lorsque la cabine se déplace; par exemple, dans un conduit étroit à vitesse importante. En effet, la cabine subit une légère déformation par « effet piston » qui change la pression interne de la cabine et, par conséquent, la pression relative sur le tympan de l’oreille des utilisateurs. L’effet sur certains sujets sensibles est très inconfortable.

Le niveau d’éclairement moyen de la cabine

La norme NBN EN 81-1 définit les niveaux d’éclairement minimum dans la cabine; il doit être au minimum de 50 [lux]. En général, pour une question de confort esthétique, le niveau d’éclairement des cabines d’ascenseur est beaucoup plus important.

Pour effectuer une mesure du niveau d’éclairement Em, on utilise un luxmètre.

Il faut savoir que seul le niveau d’éclairement de la cabine est loin d’être suffisant pour affirmer que l’éclairage répond aux exigences de confort des utilisations. On citera :

  • le risque d’éblouissement,
  • la présence de reflets (dans le cas d’un habillage inox par exemple),
  • le rendu de couleur,
  • …

Théories

 Pour en savoir plus sur les moyens d’évaluer les niveaux d’éclairement.

La ventilation hygiénique minimum

La norme NBN EN 81-1 (Règle de sécurité pour la construction et l’installation des ascenseurs. Partie 1 : ascenseur électrique) recommande de ventiler correctement les cabines et les gaines d’ascenseur. C’est une ventilation hygiénique propre au volume fermé de la gaine d’ascenseur et des locaux annexes. La norme prévoit des orifices de ventilation équivalant à 1 % des surfaces horizontales de la cabine (ventilation haute et basse de la cabine) et de la gaine (extraction haute dans la gaine).

La réglementation concernant la protection incendie précise que la section des orifices de ventilation de la gaine doivent être équivalentes à :

  • 1 % de la surface horizontale de la gaine dans le cas des ascenseurs avec salle des machines.
  • 4 % de la même surface dans le cas d’ascenseurs sans salle des machines.

La norme NBN EN 13779 qui traite essentiellement de la ventilation des bâtiments non-résidentiels ne reprend pas des valeurs de débit de ventilation de la cabine d’un ascenseur. Toutefois, la mesure de qualité de l’air au moyen d’une sonde CO2 permet d’être fixé en cas de plainte de maux de tête par exemple. La valeur maximale admissible est comprise entre 1 000 et 1 200 [ppm] (partie par million) de CO2 dans l’ambiance de la cabine.

Pour effectuer une mesure d’une telle concentration, on utilise une sonde CO2.

Efficacité du trafic

Lorsqu’un maître d’ouvrage ou un auteur de projet désire évaluer le trafic de ses ascenseurs, il est recommandé de faire appel aux constructeurs. Un monitoring des ascenseurs permet alors d’objectiver l’efficacité du trafic.

Les principaux critères d’efficacité sont :

  • au même titre que le confort, le temps d’attente moyen probable (le plus petit possible),
  • le débit, généralement calculé pour une durée de 5 minutes en heure de pointe et exprimé en % du nombre total d’occupants du bâtiment,
  • le profil de la courbe de vitesse dans le temps,
  • les destinations privilégiées,
  • l’automatisme des manœuvres,
  • …

L’efficacité du service de l’ascenseur dépend du type de bâtiment :

Type de bâtiment Temps d’attente moyen [s] Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes (%)
Bureau, hôpital, école, … 25-30 12-15
Résidentiel 50-80 5-8
Hébergement 40-70 10-15

Temps d’attente

Ici, le temps d’attente acceptable est défini par un jugement de valeur basé sur une évaluation du coût du temps perdu à l’attente.

Son évaluation réelle est très complexe et nécessite l’utilisation de logiciels spécialisés basés sur des statistiques de fréquentation des ascenseurs.

Intuitivement on pourrait dire que le temps d’attente sera influencé par :

  • le type de bâtiment (mode de fonctionnement, type d’horaire, …),
  • la quantité moyenne de personnes présentes dans le bâtiment,
  • la capacité des ascenseurs (nombre admissible de personnes par cabine),
  • le nombre d’ascenseurs,
  • le rapport charge/vitesse,
  • le type d’accélération,
  • …

La liste est longue et ne tient pas compte des dysfonctionnements souvent présents dans les bâtiments tertiaires qui accueillent un large éventail de la population comme « utilisateur d’un jour » nerveux à l’idée de prendre l’ascenseur.

Exemple.

Un exemple classique d’allongement du temps d’attente indépendant de la commande d’un duplex d’ascenseurs (deux ascenseurs, une seule commande de trafic pour les deux) est l’utilisateur, désireux de se rendre à un étage supérieur, qui appuie sur les deux boutons d’appel pour monter et descendre dans l’espoir de réduire le temps d’attente.

C’est vrai qu’il risque peut-être de gagner un peu de temps d’attente mais sûrement pas de temps de déplacement. De plus, ce simple geste nuit énormément à l’efficacité du trafic dans le sens où :

  • Au lieu d’appeler un seul des ascenseurs, il les appelle tous les deux.
  • Chacun des ascenseurs a dans sa mémoire de commande un arrêt en plus.
  • L’utilisateur risque de prendre l’ascenseur qui descend et, par conséquent, il sera obligé de reprogrammer sa véritable destination.
  • …

Pourcentage de la population totale déplacée dans les 5 minutes

Ce pourcentage est un indicateur important pour évaluer la capacité propre des ascenseurs à absorber les débits de pointe.

La venue du travail à temps partiel a aussi changé la « donne » en modifiant le profil du trafic journalier en temps et en débit nécessaire.

Par exemple, la courbe journalière ci-dessous exprime ce changement de fréquentation des ascenseurs dans un immeuble de bureaux :

On voit que l’affluence maximum s’est déplacée vers 12 heures, alors qu’auparavant, elle était en début et fin de journée.

L’établissement de cette courbe est très difficile à obtenir mais néanmoins nécessaire; elle se base sur des statistiques de fréquentation des ascenseurs.

Profil des vitesses sur une course

Pour que l’on puisse réduire au maximum les temps de déplacement verticaux, les systèmes de motorisation doivent arriver à leur palier de vitesse aussi rapidement que possible; ce qui nécessite de produire des accélérations et décélérations brutales incompatibles, d’une part avec le confort des utilisateurs, d’autre part avec l’aspect énergétique. L’évaluation du profil de vitesse réelle avec celui du confort optimal est nécessaire.

Destinations privilégiées

L’observation des destinations privilégiées peut aussi rentrer dans les critères d’efficacité du trafic dans le sens où, sans restriction de certaines destinations peu fréquentées, le trafic peut être altéré.

Par exemple, si on considère un immeuble de bureau de 9 étages, équipé de deux ascenseurs, où :

  • la plupart des employés viennent à pied et entrent au niveau 0,
  • le parking au niveau -2 ne sert que pour quelques cadres.

Le niveau 0 est une destination privilégiée. Le niveau des parkings l’est aussi mais dans une beaucoup moindre mesure. En heure de pointe, un appel enregistré au parking pour la montée risque de perturber le trafic vers la montée à partir du niveau zéro.

La figure ci-dessous montre une amélioration simple du trafic par le blocage des appels des niveaux -1 et -2 sur un des deux ascenseurs.

Convergence et divergence des critères de confort et d’efficacité de trafic

Les points de vue, suivant que l’on se place au niveau des gestionnaires ou des utilisateurs, ne sont pas nécessairement convergents. Pour évaluer une situation et éviter les désagréments, il est nécessaire de maîtriser l’impact d’un critère sur un autre.

Le tableau suivant montre ces influences :

Critères Confort Efficacité du trafic
Le temps d’attente sur les paliers diminue.
Le temps de déplacement diminue.
La densité de population est grande.
L’accélération et la décélération augmentent.
La pression interne dans la cabine augmente. *
Les vibrations de la cabine augmentent. *

Le niveau d’éclairement moyen est faible.

 *
Le niveau de ventilation est faible. *
*: sans influence

L’analyse du tableau montre que peu de critères sont convergents mis à part le temps d’attente sur les paliers et le temps de déplacement (à exploiter et optimiser au maximum).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Berlaymont – Murs rideaux et double peau

Berlaymont - Murs rideaux et double peau

Introduction

 

Présentation

Source : d’après « Berlaymont 2000 – rénovation ».

« Le bâtiment destiné à la Commission Européenne se devait d’être marquant. Conçu par l’architecte De Veste, en association avec Jean Gilson, Jean et André Polak, il fut dessiné en forme de croix comprenant un noyau central et quatre ailes de dimensions inégales. Ses dimensions étaient imposantes : plus de 200 000 m2. Sa conception technique était audacieuse : une structure suspendue par des tirants d’acier. Les quatre ailes permettaient d’abriter sur 13 étages 3 000 fonctionnaires, des salles de réunions et un système complexe de circulations verticales, tandis que les sous-sols sur 4 niveaux recevaient 1 600 places de parking, salles de conférences, studio TV, cafétéria et restaurant, magasins et entrepôts. Le tout était doté de liaisons souterraines aux tunnels routiers, piétonniers, métro et chemin de fer. Le Berlaymont allait devenir – par son gabarit, sa forme, sa spécificité – le symbole de l’Europe à Bruxelles. Les premiers fonctionnaires y firent leur entrée en 1967. La Commission Européenne allait y rester jusqu’en 1991. Ses services s’étaient encore étoffés dans l’intervalle, avec l’extension de la Communauté passant de six à neuf, puis à douze membres (ensuite à 15 en 1995).

En 1991, le Berlaymont n’abritait dès lors plus qu’une partie des services de la Commission : essentiellement les Commissaires et leurs Cabinets et les services en contact les plus directs avec eux. D’autres services s’étaient établis dans d’autres immeubles autour du Berlaymont. Celui-ci avait vieilli. Il apparaissait aux yeux de ses occupants de moins en moins bien adapté à leurs besoins. On regrettait l’étroitesse des bureaux, les espaces perdus, les techniques de climatisation dépassées et surtout le manque d’accès à la lumière naturelle des nombreuses fonctions (restaurants, salles de réunions, etc.) localisées en sous-sol. Une rénovation profonde s’imposait. Elle supposait un désamiantage préalable. La Commission Européenne quitta dès lors le Berlaymont fin 1991 pour se reloger dans des immeubles de substitution. Cette situation allait durer plusieurs années.

Le contexte technique

La superstructure du Berlaymont, squelette dont devra se servir le nouveau siège de la Commission Européenne, a des impératifs nombreux : un rythme de tirants tous les 2 m en façade, des hauteurs d’étage limitées à 3,3 m et des contraintes dues à l’audace de ses créateurs (telles que des charges à répartir dans un système où la stabilité de l’ensemble dépend des éléments qui le composent).

Les sous-sols sont formés de dalles reprenant des poussées latérales importantes sur une multitude de grilles structurelles reposant sur des fondations qui ne peuvent reprendre des charges supérieures; toute ajoute oblige à la création de nouvelles semelles indépendantes. Cet ensemble représente un point d’ancrage des structures souterraines qui l’entourent (train, métro, tunnels routiers et piétons) rendant l’hypothèse de la démolition trop complexe et onéreuse.

Description générale

Le projet se divise globalement en deux éléments :

LA SUPERSTRUCTURE OU ESPACE SERVI

La structure du Berlaymont, nettoyée d’amiante, de toutes finitions ou enveloppes, sera maintenue dans sa quasi intégralité. Les transformations structurelles ont pour but de répondre aux nouvelles exigences en matière de sécurité, de guérir l’édifice de ses problèmes de flux de circulation et d’orientation des utilisateurs et d’intégrer les exigences de la Commission.

Les bureaux seront organisés selon un nouveau module de 1,2 m (au lieu de 1 m) permettant d’éliminer les effets couloirs des bureaux-types tout en offrant une flexibilité d’occupation maximale et le maintien de la capacité existante. Les bureaux jouiront d’un confort climatique, hygiénique, physique, psychologique et visuel étudié pour répondre aux critères tels que définis par les nouvelles directives environnementales en vigueur.

Les circulations, grâce à la mise à niveau de toutes les dalles, la création d’un nouvel anneau et d’une ouverture du noyau central sur la rue de la Loi, permettent l’orientation et la distribution aisée dans l’ensemble des 13 plateaux.

Les espaces résiduels dans les noyaux sont transformés et utilisés. Les halls principaux du noyau central deviennent zones polyvalentes de foyer, de salle de réunion, de réception, de salle d’exposition ou de circulation. La restructuration des sanitaires, archives, techniques et locaux annexes font meilleur usage des espaces laissés par la structure.

Les façades du Berlaymont sont remplacées; la nouvelle enveloppe de l’édifice permet d’allier les solutions architecturales et techniques dont l’expression est sobre et fonctionnelle, rappelant la silhouette purifiée et blanche de l’emballage du chantier de désamiantage.
Le système de façade proposé comporte un mur rideau, avec fenêtres ouvrantes, protégé par un écran de protection solaire, géré par ordinateur avec « louvres » de verre mobiles, permettant d’offrir un confort d’occupation et tout en limitant la consommation d’énergie. Cette façade vivante répond directement aux conditions climatiques et à la lumière naturelle disponible.

Le dessin des façades comporte plusieurs niveaux d’échelle :

  • le monument : l’écran de 13 étages de haut respecte les hauteurs et les gabarits existants tout en apportant une dimension énigmatique à la fonction;
  • la façade vivante : les modules de façade, 6 m de large x 3,3 m de haut, sont les entités autonomes de réaction à l’environnement extérieur;
  • les écailles : les « louvres » de verre sont les éléments qui, répétés des milliers de fois, donnent l’unité à l’ensemble avec un niveau de détail lisible de près et de l’intérieur. Ces « louvres » en verre feuilleté avec un film imprimé interstitiel, sont blancs vus de l’extérieur (points blancs) et presque transparents de l’intérieur (points noirs) pour des raisons à la fois visuelles et de réflexion de la lumière. La perception de l’ensemble sera différente vue de près ou de loin, de jour ou de nuit, avec plusieurs niveaux de lecture qui, s’ajoutant aux aspects changeants en fonction des conditions climatiques, participera à la découverte progressive de l’édifice. Cet écran voile l’aspect bureaux au profit de la fonction symbolique de l’ensemble dans le respect du concept original qui en a fait le symbole de l’Europe. La silhouette pure laisse paraître certaines fonctions au 13ème étage, telle que la salle de réunion de la Commission dont la forme organique se découpe sur le ciel, au travers des « louvres » de verre qui la protègent. La toiture englobe les techniques, les éléments de télécommunication et les prises de lumière du dernier étage. Les parois verticales en son centre permettent d’atténuer les nuisances des techniques vis-à-vis du quartier environnant, soient-elles visuelles ou acoustiques.

La salle de la Commission domine au-dessus du pignon face au rond-point Schuman, une signalétique lisible depuis la rue et depuis les points de vue distants de celle-ci. Elle permet une orientation par rapport à l’édifice en apportant un nouveau point de référence urbain.

Les pignons reçoivent, eux aussi, une modification de lecture d’échelle. Des panneaux de bois donnent la chaleur, la texture, la couleur et le caractère convivial et approchable du siège de la Commission. Les pignons offrent plusieurs niveaux de détail et plusieurs couches d’éléments. Les couloirs jouissent de lumière et de vues en bout d’aile.

La découpe et l’échelle des éléments permettent une meilleure intégration par rapport aux immeubles bas des rues adjacentes. La masse du Berlaymont est visuellement réduite et son architecture animée, plus humaine, grâce aux différents plans qui se détachent les uns des autres, laissant entrevoir par ces interstices les fonctions qu’abrite l’édifice.

L’indépendance de la superstructure vis-à-vis du socle est accentuée, respectant le concept original de bâtiment suspendu; aucun élément plein ne vient toucher la tour depuis le socle. Une bande vitrée continue sur tout le périmètre permet de dissocier les deux éléments; elle sera lue comme un bandeau (d’ombre le jour, de lumière la nuit).

L’INFRASTRUCTURE ET AMÉNAGEMENTS OU ESPACE SERVANT

Le Berlaymont se caractérisait par la stérilité des espaces résiduels à sa base. Le projet propose la création de différents espaces servants dont les côtés humain et accessible dialoguent avec le caractère fonctionnel de la superstructure. Ce dialogue sera accentué par des aspects visuels et tactiles : la couleur et les matériaux du « sol » rappelant les différentes composantes de l’Europe dans sa diversité; la blancheur et la pureté de la tour signifiant son unité, son efficacité et sa pérennité. Le Berlaymont est désenclavé et les fonctions réinstallées dans le socle transforment les espaces résiduels en véritables espaces urbains.

Le respect de l’environnement

L’influence des variations climatiques extérieures sur l’espace de travail est fortement réduite grâce à la nouvelle façade qui ne laisse pénétrer qu’environ 12 % du rayonnement solaire tout en augmentant fortement l’apport de lumière naturelle. Ce contrôle se justifie tant des points de vue confort et énergétique que du point de vue structurel : la structure suspendue du Berlaymont n’a pas d’inertie thermique et s’allongerait avec l’augmentation de température. Afin de concilier le traitement d’importants volumes d’air frais (requis pour une meilleure hygiène de travail selon les nouvelles Normes Européennes) et l’économie d’énergie, on prévoit la réutilisation successive des frigories et/ou calories transportées dans différentes zones du bâtiment.

Les eaux usées sont traitées sur place par des moyens biologiques. La réduction de charge limite les risques d’obturation du réseau d’égout. L’eau récupérée est recyclée vers les sanitaires.

Les matériaux choisis pour la rénovation tiennent compte de leur provenance « certifiée de sources renouvelables et écologiquement bien gérées », de l’énergie nécessaire à leur transformation et à leur transport, de leur longévité et de leur capacité à être recyclés.

Le confort

L’ accès à la lumière naturelle est une nécessité physiologique et psychologique. La perception dépend de la couleur, de l’intensité et des contrastes qui peuvent fatiguer l’oeil. Le système de façade dessiné pour le Berlaymont tend à la fois à augmenter et à répartir uniformément la lumière naturelle dans les bureaux. La perception de l’extérieur est réelle, les vitrages clairs maintiennent les qualités de la lumière, les protections réduisent l’apport solaire.

La qualité et les débits d’air sont calculés en fonction de la qualité de l’air extérieur et des émissions de poussières de l’environnement de travail. 75 m³ d’air frais sont apportés par heure et par personne (deux fois ce que demandent les normes belges). Chaque bureau jouit de fenêtres ouvrantes, dessinées pour répartir agréablement les flux d’air entrant.

Le confort acoustique répond aux normes les plus strictes tant entre locaux que vis-à-vis du bruit de fond de la ville. Un effort particulier est fait quant à la réduction des nuisances acoustiques, en provenance des équipements techniques, vers le voisinage.

L’orientation des personnes, où le Berlaymont manquait de repères d’orientation, tant dans les circulations verticales (demi niveau) qu’horizontales (noyau et ailes), est favorisée notamment par l’organisation des fonctions communes autour de la piazza au rez-de-chaussée, la création de nouvelles trémies d’ascenseurs groupées et l’ouverture de jardins d’étage vers la rue de la Loi, permettant dès lors de se situer et de s’identifier à l’espace. Les vues vers l’extérieur sont maximales avec des fenêtres allant du sol au plafond, du ciel à la rue.« 

Source : d’après « Berlaymont 2000 – rénovation ».

Détails d’isolation

Au survol des pictogrammes de main, des informations complémentaires apparaîtront.

Principes de base de la double peau

Principes n°1 : L’inclinaison des louvres s’adapte à l’azimut du soleil tout en favorisant l’éclairage naturel des locaux.

Principe n°2 : Par ciel nuageux, les louvres blancs diffusent la lumière.

Principe n°3 : En journée, la fonction de ventilation est assurée. La nuit, la façade joue le rôle d’isolant thermique pour limiter le refroidissement du bâtiment.

 

Principe n°4 : Des caillebotis permettent l’entretien des vitrages.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Angle de défilement d’un luminaire

Angle de défilement d'un luminaire

L’angle de défilement d’un luminaire est l’angle sous lequel la source nue ne peut être vue par l’observateur. Il s’exprime en degrés.

On parle d’angle de défilement dans la direction transversale et dans la direction longitudinale.

Angle de défilement transversal et longitudinal d'un luminaire

Attention ! à ne pas confondre avec l’angle d’élévation utilisé dans la norme EN 12464-1 définit comme étant l’angle compris entre la normale verticale à l’axe de la lampe et une direction donnée pour laquelle on mesure une certaine luminance.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le système de ventilation dans les salles de sport

Apport d’air neuf

L’apport d’air neuf nécessaire à la respiration des occupants et à l’évacuation des polluants doit être calculé en fonction du nombre des occupants potentiels et non en fonction d’un taux de renouvellement d’air, comme c’est parfois fait. Calculer les débits d’air en fonction d’un taux de renouvellement d’air de l’ordre de 3 à 4 [vol/h] conduit à des surdébits importants donc à un surdimensionnement et une surconsommation importants.

En France, l’arrêté du 12 mars 76 (toujours d’application) impose un débit de débit de 25 [m³/h par sportif]. En Belgique, l’annexe C3 de la PEB impose une valeur minimale générale de 22 m³/h par personne, sans distinction entre spectateurs et sportifs, et un taux d’occupation minimal de 3.5 m²/personne.

Dans les vestiaires, l’annexe C3 de la PEB impose un débit minimum de 25 m³/h par WC ou de 15 m³/h par m² et un débit de 5 m³/h par m² pour les douches avec un minimum de 50 m³/h.

Exemple.

Considérons une salle de sport de 7 000 m³. L’occupation maximum de la salle est de 24 sportifs (une classe) et 50 spectateurs.

Méthode de dimensionnement des apports d’air neuf Dimensionnement Débit d’air à assurer Taux de renouvellement d’air
En fonction du nombre de personnes : 25 [m³/h.sportif] et 22 [m³/h.spectateur] 25 [m³/h.sportif] x 24 [sportifs] + 22 [m³/h.spectateur] x 50 [spectateurs] 1 700 m³/h] 0,24 [vol/h]
en fonction du taux de renouvellement d’air : 4 [vol/h] (valeur couramment rencontrée) 4 [vol/h] x 7 000 [m³] 28 000 [m³/h] 4 [vol/h]

Chauffage avec air recyclé

Dans les installations de chauffage à air, l’apport d’air de ventilation est souvent combiné au chauffage de la salle (chauffage par aérothermes avec prise d’air extérieure). Le débit d’air brassé par les émetteurs de chaleur est nettement plus élevé que les débits d’air hygiéniques recommandés. Il est donc important, pour des raisons d’économie d’énergie, de recycler une part importante de l’air de la salle, l’air neuf ne devant servir qu’à la ventilation hygiénique de la salle.

Le débit d’air neuf peut être surdimensionné uniquement pour les situations d’inconfort d’été ou de très forte affluence pour évacuer les calories excédentaires.

Modulation des apports d’air neuf

L’occupation d’une salle de sport est souvent variable (occupée en journée par une classe et en soirée par une compétition avec spectateur). Les débits d’air neuf nécessaires varient en conséquence. Il est dès lors intéressant de prévoir une possibilité d’adaptation des débits, soit automatique, soit manuelle. La ventilation doit en tout cas être arrêtée en période d’inoccupation.

Exemple.

Une salle de 44 x 22 m avec 150 places de gradins a une fréquentation maximum estimée à 300 personnes. En temps ordinaire, l’occupation ne dépasse pas 60 personnes (deux classes de collège). voici comment on pourrait envisager la ventilation :

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation normale de 10 à 60 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation faible de 0 à 10 personnes.

Schéma sur une ventilation possible pour une occupation forte de 60 à 300 personnes.

Le souhait de moduler et d’arrêter la ventilation en fonction de l’occupation impose de pouvoir découpler le fonctionnement du chauffage et de la ventilation, par exemple lors de la relance du chauffage avant occupation.

Infiltrations d’air

Les apports d’air neuf incontrôlés coûtent cher et provoquent des inconforts par courant d’air froid. Sans attention particulière, ceux-ci peuvent rapidement être importants (effet cheminée entre les entrées et la toiture …).

On aura donc soin de créer des sas d’entrée ou des espaces tampons non chauffés (hall d’entrée) et de munir les portes de dispositifs de fermeture automatique.

Une attention particulière doit être portée à l’étanchéité des tourelles d’extraction à l’arrêt, surtout en combinaison avec un chauffage à air chaud. Elles doivent au minimum comprendre des clapets de fermeture automatiques à l’arrêt des ventilateurs. Les extracteurs en toitures sont d’ailleurs à déconseiller lorsque l’on utilise un chauffage à air chaud, sauf s’il est prévu de les faire uniquement fonctionner à la demande (par exemple pour limiter les surchauffes par très forte affluence).

Balayage

Le principe du balayage consiste à ventiler les locaux annexes (vestiaires, douches, sanitaires) avec de l’air en provenance de la salle. L’air neuf est introduit dans cette dernière et transféré vers les locaux annexes d’où il est extrait. Ceci permet en outre de préchauffer l’air neuf avant son introduction dans les vestiaires et limite ainsi les risques de courant d’air.
Régulation du chauffage
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer la régulation [chauffage central]

Régulation du chauffage

Tout simplement, réguler les installations qui ne le sont pas

Trop d’installations anciennes ne possèdent encore aucune régulation : la température de l’eau dans la chaudière ou la position des vannes mélangeuses est modifiée manuellement en fonction de la saison. Il n’y a aucun réglage de la température ambiante, si ce n’est par l’ouverture des fenêtres.

Cette situation est évidemment inacceptable.

Si on part de rien, l’idéal serait de concevoir une régulation complète telle qu’on pourrait l’imaginer pour une nouvelle installation. Il faudra cependant être attentif au type de la ou des chaudières installées. Par exemple, peuvent-elles travailler à basse température ou encore fonctionner à débit nul ?

Concevoir

 Pour en savoir plus sur les critères de choix du principe de régulation.

Une installation de régulation peut aussi être réhabilitée : remplacement des moteurs de vanne, remplacement des régulateurs, remplacement des sondes, ….

Études de cas 

 La rénovation du Collège St Paul à Godinnes.

Le gain

Comme pour toutes les améliorations qui sont décrites ci-après, il est difficile de chiffrer précisément le gain énergétique qui résultera d’un remplacement complet de la régulation.

Cela dépend de la gravité réelle de la situation de départ (quelle est la température régnant réellement dans les différentes zones du bâtiment ?) et du degré de finesse de la nouvelle régulation.

Voici cependant un chiffre réaliste que l’on rencontre couramment dans la littérature et qui se base sur des situations vécues.

Le placement d’une régulation correcte sur une installation non régulée (c’est-à-dire sans ralenti nocturne et sans contrôle précis de la température intérieure) permet :

>> 30 % d’économie sur la facture annuelle de combustible.

Concevoir

 Régulation des installations de chauffage.

Améliorer le ralenti nocturne

La pratique d’un ralenti nocturne par abaissement de la température d’eau est la technique de ralenti la moins efficace (et pourtant la plus couramment utilisée).

Évaluer

 Pour évaluer l’efficacité énergétique du ralenti nocturne.

Il est intéressant de modifier le ralenti existant en adjoignant au régulateur existant un thermostat d’ambiance complémentaire placé dans un local témoin et associé à une horloge.

Le système

Lorsque l’horloge passe en horaire de nuit, l’installation est complètement coupée par action directe :

  • Soit sur la chaudière. Dans ce cas, la chaudière redescend en température.
  • Soit sur les vannes mélangeuses. Celles-ci se ferment et la chaudière est maintenue sur sa consigne.

Si la température intérieure mesurée par le thermostat d’ambiance passe sous la consigne de nuit (par exemple 16° en semaine et 14° le week-end), soit la chaudière se remet en marche, soit les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Exemple.

Si l’installation est équipée d’un régulateur analogique ne pouvant être compensé par une sonde de température intérieure, le schéma de principe de la nouvelle régulation peut être semblable à :

Au passage à l’horaire de nuit, le thermostat d’ambiance mesurera une température intérieure supérieure à sa consigne, son contact s’ouvrira, déconnectant la sonde extérieure. Pour le régulateur, cela équivaut à une mesure, par la sonde extérieure, d’une température infinie. Donc, soit la chaudière va se couper, soit les vannes mélangeuses vont se fermer.
Si durant la coupure, la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat d’ambiance (par exemple 16°C), le contact du thermostat se ferme reconnectant la sonde extérieure. Le régulateur central se remet alors à fonctionner comme auparavant (en principe sur sa courbe de chauffe de nuit). Au passage à l’horaire de jour, la sonde extérieure se reconnecte et le régulateur central reprend sa fonction.

Si, d’origine, le régulateur peut être compensé par sonde intérieure, la sonde de compensation peut aussi bien servir au réglage de la courbe de chauffe de jour qu’à la coupure de nuit.

Ce sera également le cas si l’installation est équipée d’un régulateur digital. Toutes ces fonctions sont vraisemblablement déjà intégrées dans le régulateur. Il faut examiner avec le fabricant du régulateur ou l’installateur la possibilité d’adjoindre un thermostat d’ambiance de nuit dans le programme existant.

On peut également envisager une deuxième façon de travailler, légèrement moins performante. Il s’agit de placer une deuxième sonde extérieure, associée à une horloge. Si la température extérieure de nuit ne descend pas en dessous d’une certaine valeur à régler (par exemple 5°C), l’installation est complètement coupée. Si la température extérieure descend en dessous de cette valeur, le ralenti se fait par abaissement de la courbe de chauffe comme auparavant.

Une troisième possibilité, qui ne demande aucun investissement est d’abaisser au maximum la courbe de chauffe de nuit. Ainsi, durant la majeure partie de la saison de chauffe, la température d’eau demandée la nuit est inférieure à 20°C, ce qui équivaut à forcer la fermeture complète des vannes.
L’inconvénient de ces deux dernières solutions est l’absence de contrôle de la température ambiante nocturne.

Calculs

 Pour visualiser l’abaissement de courbe minimal à régler sur votre régulateur.

Le gain

Il est difficile de chiffrer précisément l’économie réalisable en modifiant le mode de ralenti nocturne. Cela dépend d’une série de paramètres qui influencent le bilan thermique :

Exemple.

(Source : Guide pour la pratique de l’Intermittence du chauffage dans le tertiaire à occupation discontinue, ADEME, 1989)

Trois bâtiments, respectivement de 500 (1 niveau), 2 000 (2 niveaux) et 4 000 m² (4 niveaux) sont chauffés 10 h par jour et 5 jours par semaine.

Le niveau de surpuissance de l’installation de chauffage est assez élevé puisqu’il atteint 2 fois les déperditions (calculées avec un taux de ventilation réduit).

Trois niveaux d’isolation ont été repris :

  • peu isolé : simples vitrages, murs non isolés,
  • très isolé : doubles vitrages, murs avec 8 cm d’isolant,
  • bien isolé : niveau intermédiaire entre les 2 précédents.

Trois modes de coupure sont proposés :

Économie par rapport au fonctionnement continu
Mode de ralenti Isolation 500 m² 2 000 m² 4 000 m²

Abaissement de température d’eau
– peu isolé 12,5 % 11,4 % 10,8 %
bien isolé 11,7 % 10,9 % 10,3 %
très isolé 10,2 % 9,5 % 8,3 %

Coupure (horloge)

faible inertie
(150 kg/m²) 		peu isolé 37,7 % 31,9 % 29,5 %
bien isolé 33,8 % 29,6 % 26,6 %
très isolé 26,5 % 22,6 % 17,0 %
forte inertie
(400 kg/m²) 		peu isolé 37,5 % 28,0 % 25,0 %
bien isolé 30,6 % 25,2 % 22,0 %
très isolé 21,9 % 18,2 % 13,7 %

Optimiseur

faible inertie
(150 kg/m²) 		peu isolé 38,5 % 33,4 % 31,2 %
bien isolé 35,0 % 31,4 % 28,7 %
très isolé 28,6 % 25,1 % 20,1 %
forte inertie
(400 kg/m²) 		peu isolé 38,2 % 31,2 % 28,6 %
bien isolé 33,4 % 28,7 % 25,8 %
très isolé 25,6 % 22,2 % 17,6 %

Prenons un ancien bâtiment lourd (fort inerte) et peu isolé, de 2 000 m². Ce bâtiment consomme 45 000 litres de fuel par an. Le gain possible en passant d’un abaissement nocturne à une coupure complète s’élève à :

45 000 [litres/an] x 28 [%] / (100 [%] – 11,4 [%]) = 14 221 [litres/an]

Pour tenir compte de l’éventuelle faible reproductibilité des pourcentages d’économie repris ci-dessus, on peut examiner le problème sous l’angle de la rentabilité de l’investissement.

Les modifications de régulation proposées pour passer d’un abaissement à une coupure nocturne ont un coût voisin de 750 € (à confirmer par devis, au cas par cas).

Avec un prix du fuel de 0,2116 €/litre et un temps de retour souhaité de 2 ans, cela représente une économie escomptée de :

750 [€] / 2 [ans] / 0,2116 [€/litre] = 1 772 [litres/an]

ou 1 772 [litres/an] / 45 000 [litres/an] = 4 [%]

Ceci est tout à fait faisable au vu des chiffres théoriques d’économie.

Améliorer le ralenti nocturne est donc rentable. Dès lors, il ne sert à rien d’affiner les calculs, n’hésitons pas à agir !

Les précautions

Si le thermostat d’ambiance agit directement sur la chaudière

Dans ce premier cas, il faut que la chaudière existante puisse retomber complètement en température et ensuite fonctionner à température réduite (car commandée par le thermostat d’ambiance de nuit) sans risquer l’apparition de condensation et de corrosion. Ce devrait être le cas si la courbe de chauffe agissait déjà sur la température de la chaudière.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème. Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Si un doute subsiste sur les capacités la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que le brûleur de la chaudière dont je dispose peut être commandée par un thermostat d’ambiance, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Notons qu’il faut être plus attentif avec les chaudières fonctionnant au fuel du fait de l’acidité plus importante des condensats qui peuvent apparaître.

En ce qui concerne le gaz, signalons également que l’ARGB, recommande que toutes les chaudières gaz atmosphériques soient coupées lorsqu’il n’y a plus de besoin de chauffage : les légères condensations des fumées qui résultent de la remontée en température s’évaporent rapidement.

Une exception cependant à cette règle : il faut faire attention avec les anciennes chaudières atmosphériques pour lesquelles de la condensation risque de tomber sur les rampes du brûleur et provoquer une mauvaise combustion et l’apparition d’imbrûlés.

Si le thermostat d’ambiance agit sur les vannes mélangeuses

Si la chaudière ne peut pas travailler en basse température, ce qui est le cas de beaucoup d’anciennes chaudières en acier, la coupure doit s’effectuer au niveau des vannes mélangeuses. Au passage à l’horaire de nuit, les vannes se ferment. Si la température intérieure descend en dessous de la température de consigne du thermostat, les vannes s’ouvrent pour maintenir cette consigne.

Au moment de la relance, le régulateur repasse dans son mode de fonctionnement normal, basé sur la courbe de chauffe de jour ou sur dans un premier temps, sur une température d’eau supérieure si le régulateur possède un mode « accéléré ».

Il faudra cependant être attentif à ne pas créer de choc thermique dans la chaudière au moment de la relance. En effet, si les vannes restent fermées toute la nuit, la température de l’eau dans les corps de chauffe et les conduites va chuter aux environs de 20°C. Lorsque les vannes s’ouvrent en grand, c’est le volume d’eau des circuits qui « déboule », à une température de 20°C, vers la chaudière qui, elle, est restée chaude.

En période de coupure, les vannes mélangeuses sont fermées et la chaudière est maintenue en température.

À l’ouverture des vannes, un train d’eau froide est envoyé vers la chaudière chaude.

Le risque encouru est double :

  • Tout d’abord, pour les chaudières en fonte, l’arrivée de l’eau froide en contact avec la fonte chaude risque de provoquer un choc thermique, une fatigue de la fonte et à terme une rupture de la chaudière.

 

  • Ensuite la chaudière va se remplir d’eau froide qu’elle devra remonter en température. Pendant une courte période, la chaudière fonctionnera à une température d’eau risquant de provoquer une importante condensation des fumées et donc de la corrosion dans la chaudière, surtout pour les anciennes chaudières en acier fonctionnant au fuel (les condensats issus de la combustion de ce dernier sont plus acides).

Deux solutions sont possibles pour prévenir ces problèmes :

  • Prévoir une ouverture progressive des vannes mélangeuses. Dans ce cas, l’eau froide se mélangera progressivement à l’eau chaude, ce qui évitera une chute brutale de la température.
Exemples : en pratique.

La fonction d’ouverture progressive des vannes mélangeuses est généralement intégrée dans les nouveaux régulateurs. En cas de doute, la confirmation peut être demandée au chauffagiste et/ou au fabricant.

Dans le cas d’un ancien régulateur, on peut équiper l’installation d’un régulateur qui commandera la fermeture progressive des vannes si la température de retour chute trop bas.

Un régulateur impulsionnel à 3 points réagit à la température d’eau de retour vers la (les) chaudière(s). Si la température de retour chute en dessous de la consigne, le régulateur envoie un impulsion de fermeture à (aux) vanne(s) mélangeuse(s) et vice-versa.

Raccordement électrique du régulateur 3 points : si la température de l’eau des circuits secondaires est supérieure à la consigne de leur courbe de chauffe ou si la température de retour vers les chaudières est trop basse, une impulsion est envoyée aux moteurs des vannes mélangeuses qui se ferment d’un cran. L’ouverture des vannes n’est possible que si, simultanément, la température des circuits secondaires est trop basse et la température de retour vers les chaudières est suffisante.

On peut aussi imaginer dans le cas d’une installation existante, un système plus simple où un simple thermostat limiteur court-circuite la commande d’ouverture de la vanne si la température de retour chute en dessous du minimum requis. Cette solution ne permet pas de refermer les vannes en cas de dépassement trop important.


Un thermostat limiteur se met en série avec la commande d’ouverture de la vanne 3 voies.

La troisième solution est de décaler dans le temps le moment de la relance de chaque circuit, ce qui permet un mélange progressif de l’eau froide de l’installation à l’eau chaude. La difficulté de cette solution étant qu’en cas de changement de gestionnaire, on oublie le pourquoi du décalage des horloges les unes par rapport aux autres. L’autre inconvénient est que l’on ne contrôle pas exactement la température de retour.
  • Prévoir, dans les circuits primaires en boucle ouverte, un circulateur de recyclage sur les chaudières qui renvoie une partie de l’eau chaude vers la chaudière lorsque la température de retour vers celle-ci est trop basse (en dessous de 55°C). Cette solution n’est cependant pas de idéale et ne fonctionne pas pour les installations déjà équipées d’une pompe de recyclage. En effet, il faut recycler un débit équivalent au débit de l’ensemble des circuits secondaires si l’on veut obtenir une température de 55°C en mélangeant de l’eau à 20°C avec de l’eau à 90°C. Or les pompes de recyclage sont couramment dimensionnées pour recycler 1/3 du débit nominal de la chaudière.

Évaluer 

 Attention cependant, le dimensionnement de cette pompe de recyclage n’est pas arbitraire et un mauvais choix peut conduire à un fonctionnement erroné de l’installation. Pour en savoir plus sur les problèmes possibles.

Calculs 

  

Exemple de calcul d’une pompe de recyclage.

 

Attention, cependant, ajouter des sondes et des régulateurs sur une ancienne installation complexifie cette dernière. Cela implique d’une part une information de l’exploitant sur le nouveau fonctionnement de l’installation et d’autre part, de consigner par écrit, le mode d’emploi de celle-ci. Ce dernier point est important car les années passant ou si le personnel change, on ne saura plus à quoi servent les régulateurs et les sondes et l’installation ne sera plus gérée.

Tenant compte de cela, il vaut parfois mieux remplacer l’entièreté des anciens régulateurs par un équipement moderne permettant les différentes fonctions décrites ci-dessus.

Placement d’un optimiseur sur une installation existante

La technique de ralenti la plus performante, d’un point de vue énergétique, est l' »optimiseur« .

Il faut cependant être prudent lorsque l’on désire améliorer sa régulation en plaçant un tel équipement. En effet, celui-ci ne sera performant que s’il équipe une installation ne présentant pas de désordre hydraulique.

Exemples.

lorsque l’on dispose de pompes à vitesse variable, il est conseillé de rétrograder de vitesse durant la nuit. Cependant si l’optimiseur ne gère pas lui-même le changement de vitesse, il ne pourra jamais calculer correctement le moment de la relance puisque les caractéristiques du système ne sont pas constantes.

Ceci peut conduire à une anticipation de la relance telle qu’il n’existe plus de ralenti de nuit, bien que le responsable du bâtiment le croit effectif.

La présence d’incompatibilités hydrauliques entre les circuits peut empêcher certaines parties de bâtiment ou le bâtiment tout entier d’atteindre sa température de consigne de jour.

Ici aussi, l’optimiseur va anticiper la relance croyant erronément le moment de la relance en cause, jusqu’à ce que le ralenti disparaisse.

Dans ces deux exemples, on aura tendance à incriminer l’optimiseur, alors que la cause du désordre est hydraulique.

Concevoir

 Gestion de l’intermittence.

Améliorer le réglage des courbes de chauffe

Un mauvais réglage de courbe de chauffe sera source soit d’un manque de chaleur, soit d’une surchauffe (donc d’une surconsommation).
Chaque bâtiment doit avoir une courbe de chauffe unique, fonction :

  • des caractéristiques des émetteurs,
  • de la température intérieure souhaitée,
  • des caractéristiques thermiques du bâtiment.

Trouver cette courbe n’est pas évident. Il faut procéder, en hiver et en mi-saison, à des ajustements en fonction des plaintes des occupants. Ces ajustements et leur résultat doivent être consignés jusqu’à ce que la bonne courbe soit trouvée.

On l’aura compris, il ne s’agit de « tourner les manettes », au hasard, dès qu’une plainte apparaît, sans prendre note de ce que l’on a fait. Ce n’est pas non plus au chauffagiste à régler cette courbe mais bien à une personne vivant dans le bâtiment et pouvant collationner les réactions des occupants à chaque modification du réglage.

Or, bien souvent on entend : « c’est le chauffagiste qui a réglé le régulateur et nous interdit d’y toucher ! ».

Calculs

 Tracer la courbe de chauffe programmée sur le régulateur.

Techniques

 Pour comprendre le réglage complet d’un régulateur avec courbe de chauffe.

Régulateur climatique analogique avec possibilité de correction par sonde de compensation.

Sur certains régulateurs climatiques, il est possible de raccorder un thermostat d’ambiance de compensation. Celui-ci mesurant la température intérieure dans un local témoin, ajuste automatiquement la température d’eau de départ par rapport à la courbe de chauffe réglée. Ce thermostat peut également servir de thermostat de coupure en régime de nuit. Cette « compensation » permet de résoudre le problème du réglage fin de la courbe de chauffe.

Elle pose cependant certains problèmes :

  • Son efficacité est liée au choix correct du local témoin, pour peu qu’il soit possible. C’est pourquoi une sonde de compensation ne peut pas être placée si le circuit dessert des locaux d’orientation différente ou avec des gains internes différents.

 

  • Elle ne fonctionne correctement que si la courbe de chauffe est déjà presque bien réglée. En effet, la plage de compensation est volontairement réduite pour éviter l’influence de comportements inadéquats des occupants du local témoin (ouverture des fenêtres, « occultation du thermostat », …).

Concevoir

 Régulation des circuits de distribution.

Placer des vannes thermostatiques

Vanne thermostatique.

Attention, les vannes thermostatiques ne sont pas la « panacée universelle », et ne permettent pas de résoudre toutes les situations de confort et de surconsommation.

Il est important d’en comprendre le  fonctionnement pour en cerner l’utilité.

En résumé, une vanne thermostatique permet de limiter la puissance d’un corps de chauffe dans des locaux où les apports de chaleur (ensoleillement, occupation importante, bureautique, éclairage, …) sont supérieurs aux autres, variables et conduisent à des problèmes de surchauffe locale.

Exemple.

Par exemple, il faut préparer de l’eau pour l’ensemble des radiateurs de classes. Si dans un local 8 élèves sont présents, il doit faire bon. Si dans le local voisin 25 élèves sont présents, la température risque de s’élever rapidement (25 élèves x 100 Watts/élève = 2 500 Watts, soit l’équivalent d’un radiateur moyen chauffé à 80° !). Il est impératif de couper le chauffage dans ce local. On arriverait aux mêmes conclusions avec l’apport solaire par de larges baies vitrées.

Et c’est là qu’intervient la vanne thermostatique, comme régulatrice finale des apports.

Attention : elle ne peut agir que dans le sens de la réduction ! Aussi, il sera utile d’ajuster la régulation centrale sur les locaux les plus exigeants (locaux de coin, locaux sous la toiture, …).

Il existe sur le marché, des vannes qui peuvent s’adapter à la plupart des publics :

  • locaux où les occupants sont capables de gérer eux-mêmes le réglage des vannes (bureaux individuels, de 2 .. 3 personnes),
  • locaux où les occupants ne se sentent pas responsable du réglage (classes),
  • locaux où les vannes peuvent subir des détériorations (salles de sport, lieux publics, ….).

Il ne faut donc pas systématiquement rejeter cette solution sous prétexte que le public ne saura pas la gérer. Si un doute subsiste quant à la résistance mécanique par rapport au public visé, un essai peut être mené avec une ou deux vannes, avant de se lancer dans l’installation complète.

Il est clair que si on opte pour les vannes les plus simples dont le réglage est laissé à l’occupant, une information de ce dernier sera nécessaire, pour que le résultat escompté soit atteint.

Gérer

 Pour télécharger des affiches de sensibilisation des occupants à l’utilisation des vannes thermostatiques.

Le gain

Ici aussi, il est impossible de chiffrer précisément le gain énergétique que l’on peut escompter du placement de vannes thermostatiques, ne fut-ce que parce qu’il est impossible de chiffrer précisément la situation de départ.

On peut cependant, par un rapide calcul, estimer l’intérêt de cette amélioration.

Exemple.

Ordre de grandeur : un degré de trop dans un local = 7 .. 8 % de surconsommation !

Prenons un immeuble de bureau de 1 000 m² dont la consommation annuelle est de 15 000 litres de fuel par an.
Dans la salle de réunion de 60 m², occupée 6 h/jour, 250 jours par an, il fait systématiquement 22°C au lieu de 20°C.
Quel est l’ordre de grandeur de l’économie que l’on peut réaliser en plaçant des vannes thermostatiques dans cette salle ?

« A la grosse louche » :

> Consommation de combustible imputable à la salle :

15 000 [litres/an] / 1 000 [m²] x 60 [m²] = 900 [litres/an]

> Estimation du pourcentage d’économie lié au placement de la vanne : réduction de 2 K en journée et de 1 K la nuit et le week-end (après la coupure du chauffage, la température intérieure reste plus chaude la nuit, suite à l’augmentation de la température intérieure le jour). Prenons 1,5 K en moyenne.

Économie réalisable par des vannes thermostatiques : 900 [litres/an] x 8 [%/K] x 1,5 [K] = 108 [litres/an] ou 32 [€/an] (à 0,30 [€/litre fuel]).

Économie à laquelle il faut rajouter l’amélioration du confort.

Le coût d’une vanne est de l’ordre de 12,5 .. 25 € pour une vanne thermostatique traditionnelle ou 25 .. 37,5 € pour une vanne « incassable ». Hors placement.

Le temps de retour réel dépend du nombre de radiateurs à équiper dans le local !

Précautions

Le placement de vannes thermostatiques dans un bâtiment demande certaines précautions.

Placement d’une soupape différentielle

Lorsqu’une vanne thermostatique se ferme, le débit d’eau est arrêté dans la branche qui va vers le radiateur. C’est comme lorsqu’un enfant bouche de son pouce l’embouchure du jet d’une fontaine, … les autres jets sortent plus fort ! En fait, c’est la pression qui monte dans le réseau et tous les autres radiateurs voient leur débit augmenter. Toutes les autres vannes vont se fermer un peu plus…

Imaginons que vers midi quelques vannes soient encore ouvertes : elles reçoivent toute la pression de la pompe, elles ne s’ouvrent que d’une fraction de millimètre… et se mettent à siffler !

Une vanne thermostatique ne doit pas sentir si sa voisine vient de se fermer. Il est donc utile de stabiliser la pression du réseau. C’est le rôle de la soupape à pression différentielle. Placée après le circulateur, elle lâche la pression lorsque les vannes se ferment. En quelque sorte, elle « déverse le trop plein vers le retour ».

Placement d’une soupape différentielle sur le départ du circuit pour compenser la fermeture des vannes thermostatiques.

Encore faut-il pouvoir calibrer le niveau de pression maintenu entre le départ et le retour… Si l’installation est nouvelle, le bureau d’études connaît la pression nominale nécessaire. Si l’installation est ancienne, on ne pourra y aller que par essai successif en diminuant progressivement la pression. La pression manométrique du milieu de la courbe du circulateur (voir catalogue du fournisseur) est également une indication.

Une solution d’aujourd’hui : le circulateur à vitesse variable

Courbes caractéristiques d’un circulateur à 3 vitesses.

Force est de constater que la solution de la vanne à pression différentielle n’est pas très élégante ! Créer une pression à la pompe et la lâcher juste après, sur le plan énergétique, c’est un peu pousser sur l’accélérateur et le frein en même temps !

Actuellement, il est possible d’installer  un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation car la consommation évolue en fonction du cube de la vitesse: une vitesse réduite de moitié, c’est une consommation électrique divisée par 8 !

Améliorer

 Pour en savoir plus sur le placement de circulateurs à vitesse variable.

Vannes thermostatiques et thermostat d’ambiance

Un local abritant un thermostat d’ambiance ne peut jamais comporter de vanne thermostatique.

En effet, si la consigne du thermostat d’ambiance est plus élevée que la consigne des vannes, le thermostat ne sera jamais satisfait puisque les vannes thermostatiques se fermeront avant.

Dans le cas d’une installation dans laquelle le thermostat agit directement sur le brûleur, cette demande entraînera le fonctionnement permanent du brûleur jusqu’à ce que la température de la chaudière atteigne sa limite haute. En résumé, la chaudière fonctionnera en permanence à haute température, ce qui est énergétiquement moins efficace.

Si le thermostat agit sur une vanne mélangeuse, celle-ci restera en permanence en position ouverte, alimentant les circuits à température maximale.

Dans les deux cas, il peut en résulter une surconsommation et des surchauffes dans les autres locaux.

À l’inverse, si la consigne du thermostat est plus basse que la température de consigne des vannes thermostatiques, ces dernières resteront en permanence ouvertes en grand et deviennent donc inutiles.

En résumé, si un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques sont présents dans un même local, ces dernières doivent en permanence être ouvertes au maximum pour permettre au thermostat de jouer son rôle pleinement.

Vannes thermostatiques et circuits corrodés

« Les vannes thermostatiques se bloquent souvent ! »

Voici un des arguments repris par les détracteurs des vannes thermostatiques.

En effet, le faible degré d’ouverture d’une vanne thermostatique (max : 2 mm), les rend sensibles aux dépôts de calcaire ou aux boues de l’installation. Leur application dans une installation existante présentant ces problèmes est donc délicate.

Ce n’est cependant pas pour cela qu’il faut rejeter d’office la solution des vannes thermostatiques. Mais au préalable, les problèmes d’entartrage et de corrosion doivent être combattus. Notons que cela devrait se faire, quels que soient les projets d’amélioration, car c’est l’ensemble de l’installation qui est en péril, y compris les chaudières :

  • suppression des fuites,
  • vérification ou modification du système d’expansion,
  • désembouage,
  • analyse et traitement d’eau,
  • ….

Améliorer 

 Pour en savoir plus sur la surveillance d’une installation pour prévenir la corrosion et l’entartrage.

Vannes thermostatiques bloquées en début de saison de chauffe

Il faut éviter de laisser une vanne complètement fermée durant une longue période (c’est valable aussi bien pour une vanne thermostatique que pour une vanne manuelle), par exemple durant tout l’été.

En effet, la pression exercée sur le clapet de fermeture est telle que la vanne risque de rester « collée » lorsque l’on désirera l’ouvrir à nouveau.

Il est donc conseillé de toujours maintenir une certaine consigne à la vanne, par exemple en la réglant sur la position « antigel ». Dans ce cas, en été, elle se fermera, mais avec une pression nettement moindre que si elle est fermée manuellement.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le choix d’une vanne thermostatique.

Concevoir

 Régulation locale.

Réguler l’installation par zones homogènes

Situation fréquente : les besoins des locaux ne coïncident pas avec le découpage du réseau hydraulique !
Disposer de circuits hydrauliques distincts est indiqué lorsque :

  • Certains locaux profitent de beaucoup d’apports de chaleur gratuits (ensoleillement,…).
  • Certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation normale (salle de sport ou internat dans une école, salle de réunion, conciergerie, …).
  • Certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée (salle de conférence, réfectoire, bibliothèque,…).

Que faire pour améliorer la situation si le bâtiment ne dispose que d’un seul circuit de chauffage ?

Situation 1 : certains locaux profitent d’apports gratuits importants

Les façades Nord et Sud sont alimentées par de l’eau à la même température. Des surchauffes apparaissent dans les locaux Sud dès l’apparition du soleil… mais les locaux Nord restent demandeurs. La régulation dite « de la fenêtre ouverte » est adoptée par les occupants du Sud !

Trois améliorations sont possibles :

  • Soit le placement de vannes thermostatiques sur tous les radiateurs au Sud.
  • Soit le placement sur le circuit de distribution de vannes de zones : ce sont des vannes 2 voies modulantes, commandées par une sonde d’ambiance située dans un local témoin.

Vannes 2 ou 3 voies motorisées.

  • Soit une modification du réseau de tuyauteries de telle sorte que chaque façade dispose de sa propre vanne trois voies.

Solution

Avantages

Inconvénients
Vannes thermostatiques Gestion individuelle avec prise en compte des situations particulières de chaque local. Chaque radiateur doit être équipé d’une vanne. Collaboration nécessaire des occupants (tentures, manteaux, … recouvrant les vannes).
Vannes de zones Peu de vannes à installer si le nombre de circuits à gérer est faible. Multiplication des vannes si le bâtiment est équipé de nombreuses colonnes montantes. Difficulté de choix du ou des locaux de référence. Pas de prise en compte des situations particulières (locaux avec beaucoup d’occupants, matériel de bureautique,…). Nécessité d’une collaboration des occupants du local de référence (ne pas ouvrir les fenêtres, ne pas changer la consigne, ne pas cacher la sonde par une affiche !).
Un nouveau circuit par façade Indépendance des zones. Travaux lourds. Pas de prise en compte des apports gratuits dus aux occupants (par exemple, si une classe est remplie, le chauffage doit pratiquement s’arrêter).

Une demande de prix à un installateur permettra de trancher entre les solutions.

Exemple.

Le chauffage est distribué par plateau

Situation de départ

> Solution : vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud

 

Situation de départ

> Solution : nouveau circuit sud au départ de la chaudière ou du collecteur

Le chauffage est distribué par colonnes montantes

Situation de départ

> Solutions :

  • vannes 2 voies modulantes sur chaque colonne montante de la façade sud avec un ou plusieurs locaux témoins,
  • nouveau collecteur reprenant toutes les colonnes de la façade sud,
  • vannes thermostatiques sur tous les radiateurs sud.

Situation 2 : certains locaux doivent être chauffés en dehors des heures d’occupation générales

Un exemple serait la présence, dans une école d’un internat ou d’une conciergerie qui imposerait un chauffage permanent de l’ensemble des bâtiments. A nouveau, deux solutions coexistent :

  1. La création de branches distinctes pour alimenter des zones aux besoins si différents.
  2. La séparation totale des circuits, avec le placement d’une petite chaudière spécifique pour la conciergerie ou l’ internat.
Exemple. L’évaluation de l’économie engendrée peut être évaluée grossièrement comme suit : admettons que l’école représente 80 % de la surface chauffée. La réalisation d’une intermittence de son chauffage entraînera 30 % d’économie. L’économie sur la consommation existante représente donc 30 % de 80 %, soit 24 % du total.

La deuxième solution est plus coûteuse mais la petite chaudière, avec son meilleur rendement de fonctionnement, apportera une économie supplémentaire.

Études de cas

 Évaluation des installations de chauffage d’un centre d’hébergement.

Parfois, une réorganisation des horaires ou des lieux d’activités permet d’éviter de gros investissements.

Exemple. Par exemple, pourquoi ne pas essayer d’organiser la réunion hebdomadaire du club de Scrabble dans l’aile de bâtiment de toute façon chauffée pour les internes ?

Situation 3 : certains locaux ne doivent pas être chauffés en permanence durant la journée

Exemple. Imaginons, dans une école, deux zones thermiques situées sur un même circuit : la bibliothèque qui est dans l’aile des classes primaires. Elle n’est utilisée que deux fois par semaine sur le temps de midi, or la surface chauffée n’est pas négligeable …

Il faut analyser le type de raccordement des radiateurs.

> Cas 1 : tous les radiateurs du local sont situés sur une même conduite, en série et en bout de circuit

Dans ce cas, une simple vanne deux voies peut se placer sur la conduite départ vers les radiateurs. Elle est commandée par un thermostat présent dans un local témoin, thermostat comprenant une programmation horaire des températures. Dans l’exemple, deux heures avant l’ouverture de la bibliothèque, la vanne s’ouvrirait pour réchauffer le local. Une température minimale hors activité serait prévue pour éviter tout risque de gel. Si les radiateurs des classes primaires sont équipés de vannes thermostatiques, les radiateurs de la bibliothèque pourront rester avec leurs vannes ordinaires, toutes ouvertes, la régulation étant assurée par la vanne deux voies. Le coût du matériel à placer s’élève à environ 300 €.

> Cas 2 : les radiateurs du local sont situés sur des conduites distinctes

Dans ce cas une action peut être menée sur chaque vanne thermostatique,

  • Soit en plaçant des vannes thermostatiques programmables indépendantes. Leur prix de revient est de 100 € plus élevé que les vannes traditionnelles. Il faut également penser que les vannes thermostatiques sont fragiles (par rapport aux vannes institutionnelles) et qu’une personne de confiance doit être responsable de la programmation. Cela colle donc très bien pour la bibliothèque, beaucoup moins pour le local des scouts, malgré qu’il soit lui aussi à usage périodique.

Vanne thermostatique programmable : la tête est « trompée » par l’alimentation d’une résistance chauffante électrique. Lorsque le chauffage doit être coupé, la résistance chauffe le corps sensible de la vanne, celle-ci croit qu’il fait chaud dans le local et bloque l’alimentation du radiateur en fonction d’une horloge.

  • Soit en plaçant sur chaque alimentation de radiateur, une vanne servomoteur tout ou rien, régulée par un thermostat d’ambiance unique pour toutes les vannes. Si le régulateur revient à 200 €, le prix d’un servomoteur est d’environ 50 €. Si la bibliothèque dispose de 4 radiateurs répartis sur des circuits différents, le supplément de régulation est de 200 + 50 x 4 = 400 €.

 

Découvrez ces 2 exemples de régulation du chauffage : le Collège Saint Paul de Godinne et le Lycée « La retraire » à Bruxelles.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Friteuse électrique

Friteuse électrique

Principe

Une friteuse électrique est un appareil comportant un récipient calorifugé destiné à contenir un bain de matière grasse (huile ou graisse) dans lequel les aliments sont cuits par convection, conduction ou aspersion.

Le principe est de porter l’huile à une température suffisante pour saisir et cuire les aliments, sans jamais dépasser le niveau de température où l’huile « brûle » et se décompose.

Description

Schéma principe friteuse électrique.

Composants techniques de base

Une friteuse électrique comporte :

  • Une cuve : l’huile est chauffée par des résistances directement dans la cuve ou par un générateur, puis transférée dans la cuve.
  • Un ou plusieurs paniers destinés à contenir les produits.
  • Une zone froide située dans la partie basse du bassin d’huile, dans laquelle les particules d’aliments détachées lors de la cuisson viennent se déposer par suite d’une baisse très sensible des courants de convection.
    La zone froide évite que les particules ne carbonisent. La qualité du bain d’huile est ainsi préservée et les éléments chauffants sont maintenus rigoureusement propres, conservant un bon échange thermique. Le vidage du bain d’huile est facilité par un robinet placé dans le bas de la cuve.
    Selon les modèles, la zone froide est réalisée :

    • soit par les courants de convection naturelle produits dans l’huile par différence de température,
    • soit par circulation forcée de l’huile (par pompe), pour les modèles de grande capacité.

Composants spécifiques à certains modèles

Des compléments qui améliorent les performances :

  • un système de filtrage continu (on parle alors de friteuse « fry master »),
  • une possibilité d’utilisation modulable de un ou plusieurs paniers et des puissances variables à régler, selon que l’on cuit des produits frais, surgelés ou précuits sous-vide,
  • un pupitre de commande avec témoins lumineux contrôlant l’immersion des paniers,
  • un thermostat électronique assurant un contrôle de température au degré près,
  • un bac de vidange intégré.

Commande et régulation

Le contrôle de température s’opère :

  • soit par deux dispositifs : l’un pour la cuisson, l’autre pour la sécurité,
  • soit par un dispositif électronique assurant l’ensemble des régulations.

Gamme

Les friteuses sont généralement caractérisées par le volume de matière grasse utile correspondant à la zone de travail, exprimé en litres (cfr. capacité nominale indiquée par le constructeur).

Les valeurs courantes sont de 6, 9, 12, 15, 18, 21, 24, 30, 40, 60 litres utiles, correspondant à des capacités allant de 25 à 600 portions environ.

La puissance moyenne par litre d’huile utile est de l’ordre de 0,7 kW. Elle est nettement plus importante (au minimum 1 kW par litre d’huile) pour les friteuses destinées aux produits surgelés.

Les performances sont définies par la production horaire et la consommation spécifique théorique en kWh/h.

Selon la norme, la production horaire est la masse de pommes de terre crues qui peuvent être pochées en une heure. Les performances sont largement doublées avec les frites précuites.

Pour choisir le matériel, il faut tenir compte du nombre de convives (300 g de frites par convive), du mode de distribution, de la régularité de la consommation et de la production horaire annoncée par le constructeur et vérifiée par la norme.

On aura intérêt à fractionner l’équipement pour obtenir une certaine souplesse d’exploitation.

Utilisation

L’appareil est adapté aux cuissons d’aliments frais et d’aliments congelés.

L’opération comporte une ou deux phases selon le type d’aliment :

  • deux phases pour les frites non congelées : pochage à 150-160°C et dorage à 170-180°C,
  • une seule phase de cuisson de finition, à 160-180°C, pour les produits frais autres que les frites, pour les frites pochées à la vapeur, et pour les frites congelées.

L’usage du thermostat est donc limité à 180°C.

Entretien

Les corps gras sont des produits fragiles qui justifient certaines précautions :

  • un filtrage journalier pour éviter la coloration et préserver les qualités des corps gras,
  • l’entretien régulier de la cuve, pour éviter la carbonisation et les odeurs,
  • en non fonctionnement, entreposage des corps gras en chambre froide, pour éviter le rancissement ou l’oxydation.
Comment poser correctement de l'isolant ?
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Comment poser correctement de l’isolant ? [toiture plate]

Comment poser correctement de l'isolant ?

 La toiture inversée

Étanchéité posée librement, en semi indépendance ou collée Isolant lesté

 La toiture chaude

Étanchéité lestée Isolant posé librement
Isolant posé en semi-indépendance (*)
Isolant fixé mécaniquement (*)
Étanchéité fixée mécaniquement à travers l’isolant Isolant posé librement
Isolant posé en semi-indépendance (*)
Isolant fixé mécaniquement (*)
Étanchéité collée Isolant collé
Isolant fixé mécaniquement

(*) pour faciliter la mise en œuvre.

 La toiture isolée à l’intérieur de la structure (délicat)

Étanchéité posée librement, en semi indépendance ou collée Isolant souple ou en vrac remplissant intégralement la cavité

Le collage au bitume chaud ne convient pas sur les tôles métalliques profilées sauf lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG).

La technique de pose à la colle bitumineuse à froid ne convient pas pour le polystyrène expansé (EPS).

La fixation mécanique est généralement utilisée sur des supports en bois ou en tôles profilées. Elle ne convient pas lorsque l’isolant est du verre cellulaire (CG).

Lorsque l’isolant et l’étanchéité sont uniquement collés, il convient de vérifier si l’isolant lui-même est capable de résister au délaminage et au pelage. Dans les autres cas (fixation mécanique et lestage) seuls la résistance de la fixation ou le poids du lestage servent à accrocher la couverture.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur l’accrochage 

L’isolant devra être posé de telle façon qu’il y ait le moins possible de ponts thermiques.

La meilleure façon de ne pas avoir de pont thermique en toiture est d’ éviter toute interruption de la couche isolante.

L’isolant sera donc si possible continu, d’épaisseur constante et sec.

Lorsqu’un pont thermique a été repéré, on tentera de le neutraliser.

Évaluer

 Pour savoir comment repérer les ponts thermiques

Améliorer

 Pour savoir comment neutraliser les ponts thermiques
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Doubler le châssis

Doubler le châssis

Voici un exemple dans le cadre de la rénovation d’un bâtiment existant :

Photo bâtiment.   Photo châssis interieur.

Vue extérieure et intérieure de la façade après rénovation.

Photo châssis exterieur.

Cette opération peut être réalisée non seulement pour améliorer les performances thermiques de la fenêtre, mais aussi en cas de besoin d’un haut niveau d’isolation acoustique (aux bruits aériens).

Doublage du châssis existant par un nouveau châssis pourvu de vitrage isolant.

Dans le cas d’un placement du côté intérieur, l’ancien châssis forme une première barrière à la pluie et au vent, tandis que le nouveau assure la fonction d’étanchéité au vent et d’isolation thermique et/ou acoustique. Il est recommandé de prévoir un drainage correct de l’espace entre les deux châssis. Ce drainage servira d’évacuation des condensats éventuels et d’orifice de ventilation.

Améliorations énergétiques

Pour améliorer les performances énergétiques, la pose d’un double châssis se justifie lorsqu’on désire conserver le caractère architectural des façades et que les châssis existants, encore en bon état, ne permettent pas d’envisager la pose d’un vitrage isolant. Le châssis intérieur sera cependant, toujours visible de l’extérieur sauf si un voile (rideau) est placé entre les deux châssis. Cette solution est relativement onéreuse, en effet il faut pouvoir investir dans le placement d’un châssis vitré supplémentaire à ceux pré-existants.

La résistance thermique de l’ensemble de l’équipement est équivalente à la somme de la résistance thermique de la couche d’air entre les châssis (0,17 m².K/W) avec les résistances thermiques de chaque châssis. Cela donne des valeurs très appréciables surtout si le nouveau châssis est thermiquement très performant.

Améliorations acoustiques

Le double châssis se comporte comme un système acoustique du type MASSE/RESSORT/MASSE. La lame d’air entre les châssis jouant le rôle de ressort, permet d’absorber les vibrations sonores. L’espace entre les châssis doit former un ressort suffisamment souple de façon à empêcher le système de faire entrer les verres en résonnance.

L’isolation acoustique sera donc d’autant meilleure que l’espace prévu entre les deux châssis est grand.

On rencontre ce genre de dispositifs :

Châssis double en matière plastique et en bois.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Organiser la maintenance de l’installation frigorifique

Organiser la maintenance de l'installation frigorifique

Machine frigorifique

Température d’eau glacée

Mesure / lecture de la température par thermomètre digital.

Si possible, l’augmentation du point de consigne augmente le rendement.

Mesure prise à l’emplacement du thermomètre à aiguille
dont la précision est parfois sujette à caution…

Régime d’eau glacée

Mesure des températures de départ et de retour de l’eau glacée, par thermomètre digital.

Si, à puissance maximale, l’écart est inférieur à 5 K, le débit d’eau peut être réduit (économie électrique + diminution du risque d’érosion).

Température à la Basse Pression : T°(BP)

La mesure directe de la température d’évaporation est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la basse pression BP au manomètre, que l’on traduit en température d’évaporation en fonction du type de fluide utilisé.

Si l’écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 6 à 7 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l’écart subsiste après le nettoyage (en général, un détartrage à l’acide), il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Il faut ici particulièrement faire attention au risque de gel de l’évaporateur. En principe, il existe un thermostat de sécurité antigel sur la sortie de l’évaporateur. Si la température descend sous les 3°C, la machine est mise à l’arrêt.

Il est d’ailleurs possible que la baisse de température de fonctionnement de l’évaporateur soit la conséquence d’une réduction de la surface d’échange de l’évaporateur (par exemple, en bouchant des tubes qui auraient éclaté sous l’effet du gel, suite à un fonctionnement de la machine frigo avec une irrigation en eau insuffisante).

Pour connaître la température d’évaporation à partir de la mesure de la basse pression, voici une table de correspondance entre la température et la pression relative mesurée à l’aspiration de la machine frigorifique pour quelques fluides frigorigènes :

Intensité absorbée par le compresseur

A puissance nominale, mesurer l’intensité à la pince ampèremétrique sur chaque phase, les valeurs doivent être peu différente et proche ou inférieures à celle de la plaque signalétique. On peut forcer l’allure de la machine frigorifique pendant cette mesure (en abaissant la demande à l’évaporateur, par exemple).

Photo mesure de l'intensité à la pince ampèremétrique.

L’idéal dans ce domaine est toujours de comparer d’une année à l’autre… Donc il faut noter les valeurs mesurées.

Il vaut en général mieux de ne pas faire confiance aux ampèremètres présents sur la machine.

Si l’on passe de 1 à 2 étages et que l’intensité ne bouge pas, c’est qu’il y a des clapets cassés.

Pression et température de condensation à la Haute Pression : T°(HP)

La mesure directe de la température de condensation est très difficile. On réalise plutôt la lecture de la haute pression HP au manomètre, que l’on traduit en température de condensation en fonction du type de fluide utilisé. Si c’est du R22, la double indication (pression-température) est souvent inscrite sur le manomètre.

La valeur de la pression varie suivant le système, sauf compresseur à vis : HP-BP = 10 bar.

La variation de la Haute Pression (le plus bas possible, suivant la technologie de fabrication) réduit la consommation électrique.

Ecart de température entre le condenseur et le fluide refroidissant : T°(HP)

Mesurer l’écart entre la température de condensation et la température du fluide refroidissant.

Pour un condenseur à eau, si l’écart entre T°condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l’extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Si ces écarts sont dépassés malgré un détartrage régulier, c’est que le condenseur est trop petit. Or toute augmentation de 1° de cet écart entraîne 3% de consommation en plus.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c)

Sous-refroidissement

Mesurer température ligne liquide (T°liq), à l’entrée du détendeur, au moyen d’un thermomètre de contact, puis la comparer à la température de condensation T°(HP), déduite de la valeur de la Haute Pression.

Sauf pour les détendeurs à capillaire, le sous-refroidissement (qui est la différence T°(HP) – T°(liq)) doit se situer entre 5 et 7 K.

Une augmentation du sous-refroidissement augmente la puissance frigorifique de la machine frigorifique et son efficacité énergétique. Le travail compresseur reste en effet constant alors que la plage d’évaporation s’accroît. Concrètement, pour une situation type donnée, on a observé 0,8% d’accroissement du COP par degré d’augmentation du sous-refroidissement pour du R-22 et 1%/K pour du R-134a (source : « Le froid efficace dans l’industrie »- Ademe- France).

Si une faible valeur est rencontrée, c’est l’indication :

  • soit d’un manque de fluide frigorigène (fuite ?),
  • soit d’un encrassement du condenseur (mauvaise condensation, donc peu de liquide ?).

S’il s’agit d’un détendeur à capillaire (petites installations du type climatiseur), le sous-refroidissement doit être plus faible car à l’arrêt, il y aura égalisation des pressions Haute et Basse; donc du liquide pénétrera dans l’évaporateur; donc risque de coup de liquide au démarrage si la quantité est trop importante.

Surchauffe

Mesurer température d’aspiration (T°asp) au moyen d’un thermomètre de contact.

Pour les détendeurs thermostatiques, la différence entre la T°évaporation(BP) et T°aspiration à l’entrée du compresseur = 6 K à 8 K. Pour les détendeurs électroniques, la différence entre la T° BP et T° asp = 3 K.

Une réduction de la surchauffe permet une augmentation de la puissance frigorifique, mais :

  • une surchauffe trop faible peut provoquer des coups de liquide au compresseur,
  • une surchauffe trop forte entraîne une usure prématurée des compresseurs par élévation de leur température de refoulement.

Température de refoulement

Mesurer la température à la sortie du compresseur.

La température dépend du fluide (pour un condenseur à air : 60 … 70°C). Avec du fluide 410c, on peut atteindre une température de 110°C. Il est bon d’avoir les données du fabricant.

Si la température de refoulement en sortie de compresseur est élevée, c’est peut être qu’il y a présence d’incondensables (air, eau). Il y a alors risque de dégrader rapidement l’huile…

Test : si la machine est à l’arrêt, le condenseur se met entièrement à la température extérieure (condenseur à air). En mesurant à ce moment la pression, elle doit correspondre à la valeur théorique correspondant à la température du fluide du fluide. Si elle est plus élevée, c’est le signe qu’il y a des incondensables dans le circuit (par exemple, un nettoyage à l’azote qui n’aurait pas été bien tiré au vide).

Aspect extérieur des compresseurs et organes associés

Traces de condensation (isolation défectueuse ou pas d’isolation).

A protéger si risque de corrosion avec fuites (eau ou frigorigène) – Éviter les risques de rejet à l’égout public de rouille, etc

Corps d’évaporateur

Dégradation éventuelle de l’isolation (passage de vapeur d’eau) + absence de corrosion de la surface.

Risque de perforation à long terme avec perte de fluide frigorigène.

Clapets cassés ?

Il s’agit de 2 tests comparatifs à réaliser d’année en année :

  • la mesure du temps de « pump down ». C’est le temps en seconde entre l’arrêt de la vanne magnétique avant le détendeur et l’arrêt du compresseur sur la Basse Pression. Si ce temps s’allonge, c’est l’indication qu’il y a des fuites aux clapets.
  • la mesure du temps pour que les pressions s’équilibrent à l’arrêt de la machine. Si les clapets sont cassés, la Haute Pression descend très vite.

Type de frigorigène

Vérification du type de fluide utilisé : CFC (interdit) , HCFC (interdit), HFC (réduction d’utilisation règlementaire entre 2015 et 2030), autre …?

Circuit du frigorigène

Absence de fuites (pas de traces d’huile au sol, corrosion de brasures, etc).

Défaut d’étanchéité soupape, perte de fluide à l’atmosphère, dégradation de la couche d’ozone si CFC, HFCF + frais de remplissage.
Remplacer la soupape si risque de rupture.

Bombe aérosol et détecteur électronique.

pH du fluide frigorigène

Couleur de l’indicateur d’humidité sur ligne liquide / test d’acidité sur échantillon d’huile.

Si pH acide, vérifier l’étanchéité du circuit, réparer les fuites, changer l’huile, remplacer la cartouche du déshydrateur (ou en installer une) et tirer au vide (de préférence avec de l’azote « R »).

Résistance de carter

Durant l’arrêt des compresseurs à pistons, la température de carter doit être env. 40°C.

En fonctionnement, le carter ne doit pas être froid, il ne doit pas condenser et encore moins givrer. On admet qu’il doit avoir à peu près la température ambiante du local. S’il est trop froid, un réglage s’impose par le frigoriste.

Si le carter n’est pas chauffé, risque de grippage au démarrage du compresseur, avec destruction du bobinage du moteur.

Compteurs d’heures (h) compresseurs ou groupe frigo

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés.

Période ± 3 000 h/an , valeur courante de 1 250 h à 1 800 h en non modulant.

Compteurs de démarrage (d) compresseurs

Existence du compteur (sinon à placer), vérification du fonctionnement + relevés.

Si le total est supérieur à 6 000/mois, vérifier la régulation.

Dimensionnement du groupe frigorifique

Calculer le cycle moyen (h/d) c-à-d quotient des deux valeurs ci-avant. Cela ne fonctionne pas sur les appareils modulants (compresseur à vis, par exemple).

Si la valeur est inférieure à 10 minutes, la puissance est à réduire dans la mesure du possible ou la régulation de mise en cascade est mal réglée (voir technologie appliquée).

Niveaux

Ils sont surveillés plus que mesurés. Ce sont :

  • le niveau de frigorigène dans la bouteille accumulatrice de liquide, dans les séparateurs basse ou moyenne pression,
  • le niveau d’huile dans le système d’alimentation en huile de compresseurs en parallèle,
  • le niveau d’eau dans le bac de rétention d’eau de la tour de refroidissement ou du condenseur « évaporatif ».

On contrôlera également :

La qualité de passage du fluide frigorigène dans le voyant liquide : il ne doit pas y avoir de bulles. S’il y a des bulles, cela traduit, dans la plupart des installations, un manque de fluide et donc probablement une fuite.

La présence d’humidité dans le circuit frigorifique modifie la couleur dans le voyant (dry = sec, wet = humide).

La présence d’humidité peut gravement endommager le groupe froid, notamment par la corrosion des vernis sur les enroulements.

Une fuite de fluide provoque un fonctionnement prolongé du compresseur (mais à puissance moindre) et des ventilateurs du condenseur. Le rendement est donc dégradé.

Dans les 2 cas, un dépannage rapide par le frigoriste est nécessaire.

Quels paramètres enregistrer ?

Lorsqu’une régulation numérique est mise en place, la question des points de mesure à relever pour la maintenance se pose. Reprenons ici les recommandations citées dans l’ouvrage « Le froid efficace dans l’industrie » publié par l’Ademe. Elle est donnée à titre de check-list car encore faut-il disposer du temps pour analyser les résultats…!

Pressions

  • pressions du frigorigène : d’évaporation, de condensation, intermédiaire (dans le cas d’un cycle biétagé),
  • pressions différentielles d’huile des compresseurs,
  • pressions de refoulement des diverses pompes : de frigorigène (circuit noyé), de frigoporteur, d’eau, etc.

Températures

  • Du frigorigène : à l’entrée des compresseurs, à la sortie de ceux-ci, à la sortie de la bouteille accumulatrice de liquide, à l’entrée des régleurs, à la sortie des évaporateurs, etc.
  • Des milieux refroidis :
    • températures des chambres froides des cuisines collectives,
    • températures de bacs à liquides refroidis,
    • températures d’entrée et de sortie de l’évaporateur de la boucle d’eau glacée
  • Des milieux de refroidissement : températures d’entrée et de sortie d’eau du condenseur, température de l’air entrant dans un condenseur à air, etc.
  • Du carter du compresseur

Débits

La mesure du fluide frigorigène est peu courante, et c’est souvent dommage, les quelques mesures pratiquées le sont sur l’eau. Le coût relativement faible des capteurs est certainement une explication.

États logiques

  • état de marche ou d’arrêt d’un compresseur,
  • état d’ouverture ou de fermeture d’un robinet électromagnétique ou d’une vanne motorisée,
  • fonctionnement ou non du dégivrage de tel évaporateur, etc.

États analogiques (ou numériques)

  • position, exprimée en fraction de charge, du tiroir de réglage d’un compresseur à vis,
  • degré d’ouverture d’un robinet motorisé, d’un détendeur,
  • nombre de cylindres en fonction dans un compresseur, etc.

Puissances ou consommations électriques

  • de machines sur lesquelles on fait porter l’attention, par exemple pour en optimaliser le fonctionnement : compresseurs, pompes, ventilateurs, etc.

Temps

  • temps de marche d’une machine en vue de l’homogénéisation du temps de fonctionnement de machines en parallèle, etc.

Exemples d’utilisation de ces mesures

  1. La connaissance des pressions et des températures d’entrée et de sortie d’un compresseur est un indicateur de son bon fonctionnement. Les valeurs nominales devraient toujours se trouver à proximité de l’équipement, car si la température de refoulement est plus élevée qu’elle le devrait, il y a un risque que les clapets ne soient plus étanches, ce qui nécessite une intervention.
  2. À partir des températures et du débit d’eau traversant le condenseur, on peut déduire la quantité d’énergie échangée. En y ajoutant la température de condensation du fluide frigorigène, on peut connaître le coefficient d’échange thermique du condenseur et le comparer à sa valeur initiale. Si elle décroît fortement, ce sera l’indication d’un entartrage ou de présence de boues à éliminer par un nettoyage de l’échangeur.

Tour de refroidissement

Photo tour de refroidissement.Schéma principe tour de refroidissement.

En général

La tour de refroidissement constitue un consommateur d’eau et d’énergie non négligeable.

On vérifiera le bon fonctionnement des ventilateurs, la tension et alignement des courroies pour réduire le risque de dégâts mécaniques dûs à un mauvais entraînement (courroies, paliers, roulements), générant en plus du bruit.

En dehors des actions d’amélioration de la régulation de la tour (par exemple : 1° agir sur le ventilateur, 2° agir sur la vanne 3 voies mélangeuses), il existe diverses mesures d’exploitation reprises ci-dessous.

Astuce : comment reconnaître le type de tour de l’extérieur ? On reconnait une tour fermée parce qu’elle a 4 tuyaux (2 pour l’eau à refroidir venant du condenseur, 2 pour l’alimentation en eau de pulvérisation); par contre, une tour ouverte n’a que les tuyaux venant du condenseur).

Tour de refroidissement à circuit ouvert

Dans ces installations, le condenseur a tendance à se boucher du fait du calcaire qu’il y a dans l’eau potable qui sert de fluide de refroidissement. L’entartrage autour de tubes d’échangeur forme isolant et par conséquent la température de condensation augmente avec pour conséquence une augmentation de puissance électrique absorbée. Il est donc très important de détartrer régulièrement les condenseurs.

Il se peut aussi que les nids d’abeilles dans lesquels ruisselle l’eau dans la tour de refroidissement se désagrègent avec le temps, et les petits morceaux de plastique qui se détachent se déposent dans le condenseur.

Il en va de même des parties rouillées des tuyauteries, souvent encore enrobées de calcaire qui finissent aussi dans le condenseur et qui bouchent alors directement les tubes du condenseur d’un coup.

On peut combattre l’introduction des grosses particules en posant un filtre grossier à l’entrée du condenseur.

Corrosion de l’habillage est à protéger pour retarder mise au rebut et ainsi limiter la production de déchets.

On sera attentif également au risque de développement de la légionelle puisque la température de l’eau y est très favorable (30 à 50°C). Une désinfection chimique avec de l’hypochlorite de sodium (eau de Javel) y sera régulièrement réalisée. Si l’installation est critique (risque de contamination par respiration du panache de vapeur d’eau poussé par le vent), une désinfection continue devra y être réalisée.

Tours de refroidissement en circuit fermé

Dans ces installations, le fluide à refroidir circule dans un réseau fermé mais on fait ruisseler de l’eau potable (en général naturellement chargée en calcaire) sur les faisceaux de tuyaux pour augmenter le refroidissement.

Donc là aussi, le principal problème est le calcaire qui se dépose autour des tuyaux à refroidir dans la tour, mais qui ne peut heureusement pas entrer dans le circuit puisqu’il est fermé.

Il faut là aussi régulièrement détartrer l’intérieur de la tour pour éviter que ne diminuent les qualités d’échange de chaleur.

Débit d’eau de déconcentration

Le débit de déconcentration en sel de l’eau de la tour constitue une source de consommation d’eau importante. Il est possible remplacer le débit de déconcentration des tours fermées par une purge régulière.

Pour définir le réglage du débit, il y a lieu soit de vérifier la conductivité de l’eau (en micro-siemens), soit de comparer la concentration en ions chlore avec celle de l’eau du réseau (par exemple, elle ne peut pas être 3 fois plus forte que la valeur initiale). Valeurs à préciser auprès du fournisseur du matériel.

Danger de gel dans les tours de refroidissement

L’eau qui se trouve dans les tours de refroidissement peut geler s’il fait froid. Pour éviter ce phénomène, on équipe les tours de résistances chauffantes électriques.

Il sera très utile de vérifier la régulation du système de chauffage de l’eau du bac.

Il est bien évident que ces corps de chauffe ne doivent fonctionner qu’en cas de nécessité, c.-à-d. en cas de fonctionnement réel de la tour en hiver.

Pour une tour à circuit ouvert, il faut en hiver vidanger le circuit jusqu’au condenseur, ne pas oublier d’arrêter la pompe de circulation et débrancher le corps de chauffe électrique pour éviter qu’il ne marche par inadvertance. Dès ce moment, l’installation froid ne peut plus fonctionner.

Pour une tour en circuit fermé, la démarche est la même, mais l’installation peut continuer à fonctionner, l’air étant assez froid pour assurer seul les besoins en refroidissement.

Aéro-refroidisseurs ou condenseurs à air

Illustration aéro-refroidisseurs.   photo aéro-refroidisseurs.

Nettoyage des batteries

Dans les condenseurs refroidis à l’air, le principal problème est le nettoyage des batteries, car le genre de construction de ces appareils ne prévoit presque jamais de filtres anti-poussières.

Il est donc nécessaire de dépoussiérer et enlever régulièrement les feuilles mortes et autres déchets, faute de quoi, le débit d’air diminuant, les qualités d’échange diminuent aussi, ce qui entraîne une diminution de la puissance frigorifique et une augmentation de la puissance électrique absorbée. Le serpentin peut être nettoyé à l’aide d’un compresseur à air ou à eau à basse pression (travail à réaliser de préférence par un frigoriste car les ailettes sont peu résistantes mécaniquement).

Une augmentation de 5 K de la température de condensation (suite à l’encrassement) entraîne une augmentation de consommation électrique de 10 à 15 %.

Corrosion

L’habillage de l’équipement contre la corrosion est à protéger pour retarder mise au rebut et ainsi limiter la production de déchets.

Régulation

Vérifier la bonne régulation de la pression de condensation (enclenchement de la cascade de ventilateurs, pour contribuer à abaisser le plus possible la pression de condensation.

Déclenchements du compresseur par forte température extérieure

Photo compresseur.

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de forte chaleur, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop niveau de pression.

Le frigoriste risque malheureusement de diagnostiquer une insuffisance de puissance de l’installation (ce qui est exact) et de proposer un remplacement par un compresseur plus puissant. Mais la nouvelle installation sera alors surpuissante toute l’année…

Si le fabricant l’autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale. L’inconfort résultant sera limité.

On étudiera également si ce n’est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l’année.

Lors d’une panne d’une cascade de compresseurs, on pourra soit redémarrer l’installation avec un seul compresseur (bénéficiant de l’ensemble de la surface du condenseur, il verra la température de condensation fortement diminuer), soit arroser le condenseur…!

Nuisances acoustiques

Si la nuisance sonore est surtout importante aux basses fréquences, il est possible que les machines tournantes (ventilateur du condenseur, moteur du compresseur,…) soient mal équilibrées.

Ce défaut s’accentue avec l’usure des équipements.

Deux solutions pour améliorer la situation :

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

En construction nouvelle, la climatisation est-elle nécessaire ?

En construction nouvelle, la climatisation est-elle nécessaire ?

Comprendre l’évolution thermique des bâtiments aujourd’hui

Un inconfort d’été trop important

La climatisation d’un immeuble entraîne des coûts d’exploitation 3 à 4 fois plus importants que le simple chauffage traditionnel des locaux, suite à l’énergie frigorifique demandée mais aussi à l’importance des consommations liées au transport de l’air (ventilateurs). C’est ce qui ressort d’un vaste travail de simulation réalisé par l’ISSO aux Pays-Bas et dont nous avons développé un extrait dans l’analyse des coûts d’exploitation de la climatisation.

Évaluer

 Pour accéder à l’étude comparative entre les coûts d’exploitation d’une installation de chauffage et ceux d’une installation de conditionnement d’air.

Reprenons-en le tableau final où les coûts sont globalisés et ramenés à une échelle de 100 pour la situation 1 (radiateurs et ventilation naturelle) :

– – SUD EST OUEST NORD
1 radiateurs + ventilation naturelle coût : 100
Inconfort : 370 h/an		 coût : 105
Inconfort : 400 h/an		 coût : 105
Inconfort : 450 h/an		 coût : 106
Inconfort : 310 h/an
2 radiateurs + ventilation mécanique double flux coût : 219
Inconfort : 260 h/an		 coût : 221
Inconfort : 280 h/an		 coût : 222
Inconfort : 310 h/an		 coût : 223
Inconfort : 230 h/an
3 radiateurs + ventilation mécanique double flux + rafraichissement* + free cooling de nuit** coût : 337
Inconfort : 25 h/an		 coût : 346
Inconfort : 45 h/an		 coût : 346
Inconfort : 60 h/an		 coût : 348
Inconfort : 20 h/an
4 conditionnement d’air
(installation 4 tubes avec éjecto-convecteurs)		 coût : 392
Inconfort : 0 h/an		 coût : 387
Inconfort : 0 h/an		 coût : 392
Inconfort : 0 h/an		 coût : 373
Inconfort : 0 h/an

*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] et refroidi à une température de (T° ext – 5°), 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]

Si le coût de l’installation traditionnelle est moins élevé, il faut constater que le nombre d’heures d’inconfort empêche sa mise en œuvre pratique !

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 recevoir 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. Cette vision du confort est assez limitée, car elle ne tient par exemple pas compte de la théorie du confort adaptatif.

Dans d’autres simulations de cette étude, il apparaît que seuls les bâtiments dont la charge interne est limitée à 20 W/m², ce qui correspond à une situation d’absence d’équipement bureautique, peuvent encore se passer d’un système de refroidissement. C’est le cas du secteur domestique, mais pas du secteur des bureaux, … et encore moins des hôpitaux.

Bien que certaines hypothèses de l’évaluation de l’ISSO pourraient être remises en cause, il apparaît clairement que la simple ventilation diurne ne permet pas d’évacuer les charges calorifiques excédentaires en été. Le confort d’été ne pourrait être assuré. Cela ne veut cependant pas dire que la climatisation est devenue un mal nécessaire sans alternative …

Est-ce une conséquence « perverse » de l’isolation renforcée des parois ?

Certains critiquent l’évolution actuelle de l’augmentation de l’isolation des parois (y compris le placement de vitrages à traitement sélectif) et se justifient en disant « qu’on n’avait pas tous ces problèmes autrefois ! »

Ils oublient de dire combien les consommations de chauffage des anciens bâtiments sont élevées et le gouffre financier que représente une vieille école, un vieil immeuble administratif, …

Le bilan énergétique global annuel (hiver + été) est largement en faveur de l’isolation des parois, même pour un immeuble de bureaux.

Reste qu’une surchauffe apparaît … Est-elle une conséquence du renforcement de l’isolation ?

L’analyse de l’évolution des puissances thermiques d’un local de bureau-type fait apparaître que, en renforçant l’isolation, la puissance maximale de réfrigération (par 30°C extérieurs) est inchangée, voire en légère baisse. Le profil de puissance s’est cependant décalé. Ainsi, le besoin de refroidir le local apparaît pour des températures plus basses que si le local n’est pas isolé. Le besoin de chauffage n’apparait lui aussi que pour des températures plus basses.

On constate donc que le renforcement de l’isolation modifie fondamentalement le profil de consommation du local

  • il diminue fortement les consommations d’hiver,
  • il diminue la durée de la période de chauffe des bâtiments,
  • il augmente la demande de rafraîchissement, surtout pour une température extérieure comprise entre 10 et 20°C,
  • les besoins de chaleur et de refroidissement apparaissent plus ou moins équilibrés dans l’année.

Pour en savoir plus :

Théorie

 L’évolution des besoins thermiques des immeubles suite à l’isolation des parois.

Concevoir 

 Analyse  des besoins thermiques : exemple pour un immeuble de bureaux.

Concevoir

 Analyse  des besoins thermiques : exemple d’une salle d’opération.

Quels sont les éléments qui renforcent cette évolution ?

  1. L’augmentation des charges internes par l’équipement électrique des bureaux.
  2. La tendance actuelle des architectes d’accroître sensiblement le pourcentage de vitrage de la façade, et donc les apports solaires peu désirables (les vitrages performants ne créent plus l’inconfort de la surface froide en hiver, phénomène qui limitait leur surface autrefois).
  3. La diminution de l’inertie des parois (cloisons légères mobiles, tapis au sol, faux plafond avec absorbeur acoustique).
  4. Une attente accrue de confort et de productivité du personnel.

Faut-il faire marche arrière ?

Voyons les choses positivement : autrefois, on n’avait même 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. Nous arrivons à chauffer nos locaux avec 5 litres de fuel au m², contre 20 à 25 dans les années 50. Et c’est tant mieux.

Mais cela rend le bâtiment beaucoup plus sensible que précédemment aux apports solaires …

Autrefois, le chauffage constituait le principal poste énergivore, mais à présent, l’équilibre thermique entre les déperditions du bâtiment et les apports « gratuits » est plus rapidement atteint.  Des besoins de réfrigération apparaissent mais l’origine de la surchauffe (apports solaires, équipements intérieurs) est cette fois maîtrisable, par opposition à l’origine du chauffage : la froide température extérieure.

Cela renforce l’importance d’une bonne conception initiale du bâtiment et de la mise en place d’une stratégie adaptée à ce nouveau profil de consommation.

En conclusion : agir dès la conception

Autrefois, les besoins de refroidissement d’un bâtiment étaient résolus par une simple ventilation, avec une période d’inconfort limitée à quelques jours par an. L’isolation actuelle accroît cette période d’inconfort et demande une réponse nouvelle.

Dans certaines conditions, une conception architecturale et technique poussée permet de garantir le confort estival sans recours à la climatisation. Dans tous les cas, des mesures doivent être prises pour limiter la duré d’utilisation et la puissance des installations frigorifiques.

C’est dès la phase de conception que les concepteurs pourront mettre en place une stratégie dans ce sens, intégrée à une approche globale du confort :

  • en limitant les apports solaires (choix de l’orientation, masques architecturaux, stores,…), tout en conservant un bon éclairage naturel.
  • en limitant des apports internes (éclairage et équipements performants),
  • si possible, en renforçant l’inertie des locaux (pour lisser la pointe de puissance frigorifique liée aux apports de chaleur), tout en préservant la qualité acoustique des locaux.
  • en valorisant la fraicheur de l’air extérieur en journée (la majorité de la demande de réfrigération apparaît lorsque la température extérieure est comprise entre 10 et 20°C), sans créer de courant d’air inconfortable.
  • en valorisant la fraîcheur nocturne, sans provoquer de surrefroidissement et d’inconfort matinal.
  • en exploitant des « sources de fraicheur » telles que le sol, une rivière, …

Concevoir

 Limiter les apports solaires.

Concevoir 

 Limiter les charges internes.

Concevoir 

 Exploiter le pouvoir rafraîchissant de l’environnement.

Il existe cependant des situations où, par la spécificité du bâtiment et/ou parce que la dimension énergétique n’a pas été intégrée dès sa […] la climatisation va s’imposer. Le challenge devient alors : quel système performant mettre en place pour limiter la consommation de la climatisation ?
Quelques exemples :

  • Dans un bâtiment en milieu urbain pollué et bruyant : l’air et le bruit passent volontiers par les fentes des châssis … L’étanchéité des parois combinée à une ventilation mécanique permet de prévoir des châssis fixes, non ouvrants et donc très étanches, … tout en assurant une qualité hygiénique de l’air aux occupants, mais complique la valorisation de la fraîcheur de l’air.
  • Dans locaux « aveugles », dans les parties centrales des larges immeubles, dans les larges bureaux paysagers bien isolés : les apports thermiques des équipements de bureautique, des personnes, de l’éclairage, … doivent être évacués artificiellement puisque les déperditions de l’enveloppe sont proportionnellement très faibles (ce sont des bureaux dont le système de chauffage ne s’enclenche que lorsque la température extérieure descend en dessous de 0°C…).
  • Dans les endroits où la qualité de l’air doit être surveillée : les salles d’opération, les laboratoires, les ateliers de production des entreprises pharmaceutiques, … Le conditionnement d’air permet de pulser plus d’air dans une pièce que d’en extraire. La pièce est alors mise en surpression et aucune petite « bébête » ne peut rentrer (pas de contamination par l’air des pièces environnantes). on parle de « salles blanches ».
  • Dans des locaux avec forte production de chaleur interne : le centre informatique, par exemple.
  • Dans les salles de réunion, salles de conférence, … : la forte concentration de personnes apporte une chaleur sensible et latente élevée, et nécessite de toute façon un apport d’air neuf hygiénique important, qui ouvre la porte à des techniques de « conditionnement d’air ».
  • Dans les locaux fortement vitrés et à parois très légères : la conception architecturale inadaptée génère un déséquilibre thermique et seul l’équipement de climatisation peut artificiellement restaurer le confort des occupants…

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Hottes

Hottes

Principe

La hotte est une enceinte placée au-dessus des sources de chaleur et de polluants (lave-vaisselle et appareils de cuisson). Son rôle est d’emprisonner les fumées et vapeurs émises.

Position des hottes

Les hottes hautes

Leur nez est généralement situé entre 2 m et 2,10 m (et ne peut dépasser 2,5m) du sol fini pour permettre le passage d’un homme.

Elles débordent des appareils de cuisson de manière à capter tout l’air vicié (15 % de la différence de hauteur entre le bas de la hotte et le haut des appareils avec un minimum de  30 cm).

Schéma principe hottes hautes.Schéma principe hottes hautes.

Au-dessus des nouveaux appareils performants – tels que cuiseurs à la vapeur ou fours combinés air-vapeur,  le débordement côté chargement est plus important pour capter l’air vicié lors de l’ouverture des portes (ex. minimum 2/3 de la largeur de la porte et minimum 60 cm).

Ces hottes polyvalentes peuvent être adossées ou centrales.

Les hottes basses

Placées plus près des appareils de cuisson, elles permettent de capter les polluants au plus près de la source d’émission. Ces hottes sont généralement utilisées pour les appareils de faible profondeur. Souvent, elles sont adossées aux appareils mais peuvent également être plafonnières ou posées au sol pour permettre le front-cooking.

Photo hotte basse.

Hotte à extraction simple

C’est un capteur modulaire entouré d’une joue périphérique et relié à un ventilateur.

Le capteur modulaire est un élément de forme triangulaire muni de séparateurs de graisses.

La hotte à extraction simple assure le captage et la filtration de l’air vicié.

Schéma principe hotte à extraction simple.

Elle fonctionne par dépression : un ventilateur aspire l’air au-dessus des blocs de cuisson. Celui-ci va alors passer par un séparateur de graisses avant d’être évacué.

Le moteur est placé en toiture afin de limiter le niveau de bruit et de garder la gaine d’extraction toujours en dépression. Ceci évite la propagation des odeurs de cuisine dans le bâtiment. La norme EN 16282 interdit les moteurs placés dans le gainage et par conséquent les moteurs placés dans le plénum d’extraction.

Il s’agit de la hotte la plus simple et la moins chère.

Hotte à diffusion ou à double flux

La hotte à diffusion fait partie des hottes dites à compensation tout comme les hottes triple flux.  C’est-à-dire que en plus du captage et de la filtration, ce type de hotte assure l’introduction dans la cuisine d’air neuf traité pour compenser, en totalité ou en partie, l’extraction, et ce au plus près de la zone utile.

Schéma principe hotte à diffusion ou à double flux.   Schéma principe hotte à diffusion ou à double flux.

L’air neuf est ainsi soufflé à basse vitesse (vitesse entre 0,2 et 0,5 m/s) par le panneau frontal de la hotte. La diffusion se fait soit au travers d’une tôle perforée afin de limiter le débit d’extraction nécessaire et d’améliorer le confort du personnel, soit par des diffuseurs classiques tels que des grilles. Pour ces dernières, les débits d’extraction seront supérieurs ainsi que l’inconfort produit.

Hotte à induction ou à circuit court

La hotte à induction a pour but d’éviter de trop grands débits d’air neuf à réchauffer et d’améliorer la captation par la hotte des graisses et effluents produits par les appareils de cuisine.

Elle est née d’une constatation simple : moins de la moitié de l’air extrait par la hotte est vicié,  le restant est de l’air ambiant servant au transport de l’air vicié. Pourquoi utiliser, pour ce dernier, de l’air à température ambiante c’est-à-dire chauffé ?

La hotte à induction ne fonctionne pas, comme les premières, sur le principe de la dépression, mais sur celui de l’induction : de l’air pris à l’extérieur, filtré, canalisé et accéléré par un venturi est introduit à grande vitesse par des plénums de pulsion vers l’intérieur de la hotte. Il y a aspiration, par induction, des vapeurs dégagées sous la hotte. L’air introduit dans la hotte doit être mis à température (+/-12°C) afin d’éviter toute condensation. Ceci permet de réduire le débit d’extraction net de 40%, comme les hottes à induction nécessitent 50% d’induction, ce débit net doit alors être doublé pour connaître le débit total à extraire. Le débit total est donc supérieur de 20% au débit nécessaire avec des hottes à extraction simple. Le gain en économie, 50% de l’air ne doit être chauffé qu’à 12°C, compense largement ce débit supérieur.

Schéma principe hotte à induction ou à circuit court.   Schéma principe hotte à induction ou à circuit court.

Lorsque l’on parle de hotte à induction (classique), on considère des débits d’air induits variant entre 40 et 60 % du débit d’air extrait. Aujourd’hui, les fabricants diminuent de plus en plus la proportion d’air d’induction. On parle alors de hotte à effet d’induction ou à jets de captation et les débits induits tournent autour des 5-10% mais c’est toujours la technologie d’induction qui est utilisée dans ces dernières hottes.

Des études ont montré que si le taux d’air induit dans la hotte dépasse les 20%, trop de turbulences se forment, ce qui implique une augmentation de débit d’air extrait pour que les effluents de cuisine soient correctement aspirés et non rejetés vers les appareils de cuisson. C’est pourquoi les normes actuelles recommandent de ne pas utiliser la technologie d’induction avec un taux d’air induit supérieur à 20%.

Au niveau du mélange extrait, la condensation est augmentée vu que les buées et graisses sont mélangées à l’air plus froid dans les séparateurs de graisses.

Des rigoles de récupération avec purge permettent de récupérer ces condensats.

Pour éviter la condensation sur les parois qui séparent l’air non traité induit de l’air chaud ambiant, le plénum de diffusion doit être isolé.

Une hotte à induction doit être particulièrement bien conçue : c’est l’angle d’injection de l’air non traité à la sortie du venturi, le contrôle de sa vitesse, le profil de la chambre de mélange, etc. qui assurent un flux d’air captant les buées sans tourbillons au niveau des séparateurs de graisses ni refoulement sur le pourtour de la hotte.

Une mauvaise conception en termes de fabrication ou débit lié à cette fabrication fera perdre les avantages de la hotte à induction.

Avantages de la hotte à induction

  • Économies d’énergie par rapport aux hottes à extraction simple, car la quantité d’air de compensation chauffé à 18°-20°C est fortement diminuée (-40%). En outre, cet air ne doit être chauffé au minimum qu’à 12°C (VDI)
  • Économies d’installation : diminution de la puissance de chauffage.
  • Amélioration du confort car moins de courant d’air.

Inconvénients de la hotte à induction

  • Beaucoup plus chère à l’achat : son prix est en moyenne 2 fois plus élevé que celui d’une hotte à extraction simple.
  • Nécessite l’installation d’un ventilateur supplémentaire et d’un gainage pour l’introduction de l’air d’induction.
  • Chaque grille d’induction n’atteint son induction optimale qu’avec un débit bien défini. Pouvoir adapter le flux d’air joue donc sur le débit d’air nécessaire à extraire.
  • Préférer des débits induits inférieur à 20% du débit d’air extrait pour éviter un refoulement des effluents.

Comparaison entre une hotte à extraction simple (gauche) et une hotte à induction (droite).

Hotte à effet d’induction

Le principe d’une hotte à effet d’induction est d’utiliser au mieux l’air induit pour mieux capter l’air vicié et diminuer ainsi la quantité d’air nécessaire à l’évacuation de l’air vicié. L’air d’induction permet, en fait, d’augmenter l’efficacité de la hotte.

La différence avec une hotte à induction classique provient :

  • De la quantité d’air d’induction qui ne s’élève qu’à 5 à 20 % du débit extrait. Cette faible proportion est atteinte grâce à l’implantation, par exemple parmi d’autres techniques, de 2 rangées de jets, une verticale, l’autre horizontale, ce qui a pour effet d’augmenter la vitesse de l’air d’induction. Les jets verticaux forment un léger rideau d’air continu autour du bas de la hotte ce qui améliore le cantonnement des vapeurs.
  • De l’origine de l’air d’induction qui peut provenir directement de l’extérieur (air pulsé qui doit alors être mis à température) ou de la cuisine elle-même.  Dans cette deuxième configuration tout le réseau de gainage d’induction est éliminé ce qui diminue fortement le coût d’installation

Le principe de l’induction permet de réduire les débits totaux d’air extraits. Comme la hotte à induction, les débits d’extraction nets nécessaires ne sont plus que de 60 % par rapport à ceux nécessaires avec une hotte à extraction simple. L’air neuf à réchauffer est réduit dans les mêmes proportions, d’où son intérêt au niveau des économies d’énergie

Schéma principe de l'induction.    Schéma principe de l'induction.

Hotte à extraction simple et  « à effet d’induction » : meilleure efficacité.

Avantages de la hotte à effet d’induction

  • Diminution du débit total à installer et donc réduction de l’installation de groupes et de gaines.
  • Économies d’installation : diminution de la puissance de chauffage par rapport aux hottes à extraction simple et aux hottes à compensation.
  • Amélioration du confort car moins de courant d’air.

La hotte à effet d’induction combine donc l’avantage des hottes à induction (diminution du débit net à extraire de 40%) et l’avantage de la facilité d’installation des hottes à extraction simple puisqu’un seul groupe et réseau d’extraction est à prévoir.

Hotte triple-flux

Les hottes à triple flux combinent la technique () d’induction avec la compensation en face avant des hottes à double flux. Ainsi la ventilation complète du local se fait à travers la hotte.

Cette technique n’est efficace que si la ventilation de l’entièreté du local est assurée. L’utilisation d’une hotte triple flux comme seul moyen de ventilation dans un local de grande dimensions risque de causer des zones de ventilation morte. Ceci peut être évité en plaçant un ou plusieurs diffuseurs (de préférence à basse vitesse) pulsant une partie de l’air de compensation dans les zones ou ce risque est présent.

Hotte front-cooking

Les nouveaux restaurants intégrant de plus en plus souvent des zones de front-cooking, les fabricants ont élaboré différents modèles et technologies adaptés à ce genre de situation : hottes plafonnières, hottes posées au sol, rideau d’air, … Bien que les puissances des appareils front-cooking sont généralement assez faibles, leurs expositions au moindre courant d’air fait qu’un débit élevé est nécessaire.

Hotte plafonnière

La hotte front-cooking plafonnière classique est adaptée et reliée à une extraction locale juste au dessus de la zone de cuisson (+/- 50cm). Cette liaison est faite par différents fabricants de différentes façons, mais ceci permet de réduire le débit d’extraction du au fait que l’extraction ce fait à proximité de la source des effluents.

Hotte posée au sol

Les hottes posées au sol forment un meuble autour des appareils de cuisson. Différents modèles existent adaptés à tous types d’appareils de cuisson, des appareils table-top jusqu’aux appareils classiques utilisés en grandes cuisines. Comme pour tous types de hottes il est important que ces hottes aient un volume de cantonnement et une captation suffisante. Placer une bouche d’extraction à proximité ou à coté des appareils de cuisson n’est évidemment pas suffisant.

Ces modèles peuvent être connecté au réseau de gaines par le sol.

S’ils sont fabriqués en mode recirculation (séparateur de graisse, filtre ESP, HEPA et filtre à charbon actif)  ils sont mobiles. Dans cette configuration de recirculation uniquement des appareils électriques peuvent se trouver en dessous de la hotte. Pour des appareils à faible utilisation, des séparateur de graisses et filtres à charbon actif peuvent suffir, cependant le filtre à charbon actif doit alors souvent être remplacé.

Rideau d’air entourant les appareils de cuisson

Si on veut éviter tout encombrement d’une hotte dans la zone de cuisson, ou si la proximité maximale de la clientèle est souhaitée il existe des systèmes de rideaux d’air placé en périphérie des appareils de cuisson. Ces rideaux d’air dirigent les flux émis par les appareils de cuisine vers le plafond et de ce fait diminuent également le débit d’air à extraire car ils dirigent les émanations des buées directement vers la zone d’extraction. Une hotte classique reste à placer au niveau du plafond. La hauteur d’installation de la hotte peut dans cette configuration être augmenté, tant que le dépassement nécessaire au niveau bas de la hotte reste respecté.

Hotte pour capteur de vapeurs non grasses

Ces hottes sont placées au-dessus des lave-vaisselle aux endroits où il y a dégagement de vapeur. Pour les lave-vaisselle à convoyeurs ou à paniers mobiles, il s’agit de l’entrée et de la sortie.

Elles assurent le captage de l’air.

Elles fonctionnent par dépression comme les hottes à extraction simple.

Exemple.

Cette hotte se compose d’un caisson bordé d’un larmier périphérique formant un plénum d’aspiration. Une tôle posée horizontalement dans le caisson laisse une fente périphérique.

Comme la hotte dispose d’une large surface horizontale, des gouttelettes ont tendances à se former sur cette face et retombent au sol ou sur les appareils de lavage.

Cette hotte est dotée de filtres à chicanes avec dispositif de récupération des condensats et vanne de purge. Cette hotte évite l’accumulation de l’eau sur les faces horizontales car non existantes dans ce modèle. Ce modèle dispose de 4 fentes qui peuvent donc être moins larges et augmentent dès lors la vitesse de passage dans les chicanes afin d’améliorer la filtration de l’eau dans l’air extrait.

Certains lave-vaisselles sont directement équipés d’un système d’extraction. Dans ce cas, il faut raccorder le lave-vaisselle à un conduit de ventilation. Mais cela ne dispense pas de prévoir des hottes d’extraction à l’entrée et à la sortie du lave-vaisselle.

Les lave-vaisselle nouvelle génération à condensation interne limitent fortement le débit d’extraction nécessaire du lave-vaisselle. Une ventilation du local de minimum 20 renouvellements reste cependant nécessaire pour la ventilation générale et l’évacuation de la chaleur produite par la vaisselle sortant du lave-vaisselle.

Équilibrage de l’aspiration

L’équilibrage de la hotte se fait par obturation totale ou partielle des « piquages » au-dessus des filtres pour en modifier la perte de charge et donc, le débit.

Les piquages sont raccordés à un collecteur les reliant à la conduite d’extraction générale.

L’équilibrage de l’aspiration doit se faire en fonction  du type d’appareil de cuisson présent sous le filtre.
Un équilibrage par séparateur de graisse n’est pas possible. Fermer plus ou moins le clapet de réglage n’aura aucun effet sur comment l’air sera réparti à travers les filtres. Une évacuation excentrée ne peut l’être de plus de 250mm afin de garantir une bonne évacuation.

 

Quelques critères techniques de qualité

  • Les séparateurs de graisses sont facilement amovibles sans outil et d’un nettoyage aisé.
  • La hotte doit être réalisée en acier inoxydable (type 304).
  • De manière à bien emmagasiner l’air vicié avant qu’il ne soit aspiré par l’extracteur, la hotte doit avoir une forme « en bac » (l’épaisseur de la hotte est identique partout) et non en « casquette » (l’épaisseur de la hotte est inférieure à l’avant et sur les côtés). La hotte sans casquette n’est plus utilisée, sauf hotte basse, comme décrit précédemment.
  • Le ventilateur ne peut être placé dans le conduit d’air d’extraction.

        hotteadossee.gif (8196 octets)

    La hotte « en casquette » et  « en bac ».

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Marquage CE : sécurité des appareils au gaz

Marquage CE : sécurité des appareils au gaz

Depuis le 1er janvier 1997, les appareils de cuisson professionnels au gaz doivent porter le marquage CE.

Pour obtenir ce marquage, ces appareils doivent répondre aux « exigences essentielles » des différentes directives européennes les concernant.

Officiellement, les normes ne sont pas obligatoires, mais en pratique pour répondre aux exigences essentielles, une des voies possibles pour le fabricant est de satisfaire à l’ensemble des dispositions décrites dans les normes applicables au produit.
Ainsi, le respect des normes NBN EN 203-1 (Appareils de cuisine professionnelle utilisant les combustibles gazeux. – Partie 1 : Règles générales de sécurité) et NBN EN 203-2 (Appareils de cuisine professionnelle utilisant les combustible gazeux. – Partie 2 : Utilisation rationnelle de l’énergie) est un moyen de satisfaire aux exigences essentielles de la directive européenne sur la sécurité des appareils à gaz. Outre, les aspects  » sécurité », cette directive prend en compte les aspects « utilisation rationnelle de l’énergie ». En effet, le point 3.5 des exigences essentielles dit : « Tout appareil doit être construit de telle sorte qu’une utilisation rationnelle de l’énergie soit assurée, répondant à l’état des connaissances et des techniques et en tenant compte des aspects de sécurité ».

D’autres directives peuvent être d’application pour un appareil de cuisson au gaz. Les directives dites « Basses tension » et/ou « Compatibilité Électromagnétique » sont applicables au produit dans la mesure où l’appareil de cuisson est connecté au réseau électrique d’alimentation et/ou comprend des parties électriques susceptibles d’entrer en interaction de type électromagnétique avec d’autres appareils.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Remplacer le vitrage seul ou une intervention partielle sur le châssis

Remplacer le vitrage seul ou une intervention partielle sur le châssis

Le remplacement d’un vitrage simple par un vitrage plus isolant

On remplacera avantageusement un vitrage simple par un vitrage isolant (double, ou double basse émissivité) dans un châssis existant pour autant que :

  • Ce dernier soit suffisamment solide et en bon état.
  • L’amélioration des qualités thermiques ainsi obtenues se justifie en regard de l’investissement consenti.

Évaluer

 Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Le placement d’un vitrage isolant à la place d’un simple vitrage est une opération qui concerne principalement les châssis en bois ou en métal … En effet, la technologie des châssis en PVC étant relativement plus récente, ceux-ci seront normalement équipés depuis l’origine de double vitrage. Ce n’est cependant pas toujours le cas. Alors, on évaluera avec soin le coût de l’adaptation et l’état du châssis. Certains sont faciles à modifier car ils étaient conçus dès l’origine pour être munis de simples ou de doubles vitrages, au choix. D’autres nécessitent des adaptations plus lourdes et il sera alors probablement préférable de les remplacer.

Comment procéder ?

La feuillure du châssis existante étant rarement assez large, ni assez profonde pour recevoir le vitrage isolant, des modifications du châssis seront souvent nécessaires. Il est possible, soit :

  • de poser un profil d’adaptation en bois ou en aluminium
  • de remplacer les ouvrants du châssis

La pose d’un profil d’adaptation en bois ou en aluminium : celui-ci sera fonction du type de châssis

Avant : Châssis en bois avec vitrage simple existant.

Après : Nouveau double vitrage avec profil d’adaptation.

Remarques.
Pour éviter tout risque de détérioration du châssis et/ou du double vitrage, on prévoira toujours un drainage des feuillures du châssis, s’il n’existe pas. Il faut savoir que les condensations seront inévitables sur les profilés anciens en aluminium qui sont généralement dépourvus de coupure thermique. Il est dès lors parfois préférable de remplacer tout le châssis.

Le remplacement de l’ouvrant du châssis

Cette solution est envisageable lorsque le cadre fixe (le dormant) est encore en excellent état, mais que les ouvrants existants ne peuvent recevoir un vitrage isolant.

Inconvénient : cette solution est presque aussi onéreuse que le remplacement intégral du châssis.

Avantage : ce dispositif n’endommage pas ni la baie de fenêtre ni sa garniture.

Deux possibilités sont envisageables :

  • Le remplacement de l’ouvrant uniquement.
    Les nouveaux ouvrants doivent s’adapter correctement au cadre existant (or des irrégularités ou des déformations peuvent exister). De plus les principes de barrières d’étanchéité au vent et à la pluie sont parfois impossibles à respecter.
  • Le placement d’un nouveau châssis (dormant + ouvrant) à l’intérieur du dormant existant en veillant à ce que la barrière d’étanchéité à l’eau et à l’air entre le vieux dormant et le nouveau soit correcte et continue.

  1. Dormant du châssis existant.
  2. Nouveau dormant (profil d’adaptation) en bois.
  3. Nouveau ouvrant en bois ou autre matériau avec double vitrage.

Cette solution réduit la surface d’éclairement de la fenêtre et donne au châssis un aspect beaucoup plus massif.

Remarque générale importante !!

Le simple vitrage contribue à l’équilibre hygrométrique d’un local en constituant une surface où le phénomène de condensation se déroule de manière préférentielle. Dans certains cas la pose d’un double vitrage perturbe cet équilibre et entraîne la formation de condensation sur d’autres surfaces du local où elle n’est pas souhaitable : sur les châssis, les jours des baies, dans les angles des murs avec le plafond, provoquant ainsi l’altération des finitions et entraînant champignons et moisissures.

Avant la rénovation, on procédera donc à une étude judicieuse de la ventilation et du chauffage du local.

Le remplacement d’un double vitrage défectueux par un vitrage plus performant

Ce remplacement se fait :

  • En cas de bris ou de fêlure du vitrage.
  • Lorsqu’il y a formation de condensation dans l’espace entre les verres du double vitrage :
    Les vitrages isolants sont habituellement garantis contre la formation de condensation interne pendant une durée de 10 ans.
    Des désordres peuvent cependant apparaître bien avant en cas de pose inappropriée du vitrage, c’est à dire :

  • Lorsque les performances thermiques obtenues en remplaçant un vitrage moins performant par un vitrage plus performant, équilibrent rapidement le budget de cette transformation.

Évaluer

 Pour évaluer la rentabilité d’une telle opération.

Lors du remplacement, les différents principes suivants devront être respectés :

  • La feuillure du châssis existant n’est parfois pas assez large ou assez profonde pour recevoir un nouveau vitrage plus isolant (plus épais), il sera nécessaire de l’adapter avec de nouvelles parcloses.
  • Pour éviter tout risque de détérioration du vitrage, il faudra prévoir un drainage périphérique de la feuillure ainsi qu’un conduit d’évacuation des condensats. Et bien sûr prévoir un nombre de cales de pose suffisant et adapté au type d’ouvrant.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’uniformité de l’éclairement

Évaluer l'uniformité de l'éclairement

L’uniformité recommandée

Pour un même niveau d’éclairement du plan de travail, la première situation est nettement plus agréable que la troisième.

Un éclairement uniforme est nécessaire pour éviter d’incessantes et fatigantes adaptations des yeux et pour garantir un niveau d’éclairement suffisant quelque soit l’endroit où l’on dispose le poste de travail (ou la place de l’élève dans une classe).

Les normes recommandent une uniformité  spécifique entre les éclairements des différentes zones éclairées.

Rappelons que l’uniformité est définie comme le rapport : Emin/Emoy.

Données

  Pour connaitre l’uniformité recommandée selon la situation.

De plus, une certaine uniformité de couleur entre l’environnement et la tâche visuelle est préférable

  • entre support papier et plan de travail,
  • entre plan de travail et murs.

Comment évaluer sa situation ?

Idéalement les éclairements sont mesurés avec un luxmètre.

Dans ce cas, il est intéressant de repérer dans le local étudié quelques points représentatifs du niveau d’éclairement moyen et un point situé dans la zone la plus sombre. Le rapport des deux valeurs donne l’uniformité.

Un truc :

Ce truc est cependant à prendre avec précaution car il dépend de la répartition photométrique des luminaires et du facteur de réflexion des parois. Il n’est valable que pour des luminaires émettant uniquement leur lumière vers le bas.

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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Exemple de calcul acoustique d’une installation de ventilation

Exemple de calcul acoustique d'une installation de ventilation

Avertissement !

Le calcul détaillé des puissances sonores et des atténuations créées par chaque composant d’une installation dépasse la portée de cet outil. Nous nous contentons de reprendre ici les résultats d’un calcul développé dans le document très complet :
« Protection acoustique dans les installations du bâtiment » – Office fédéral des questions conjoncturelles, 3000 Berne, 1989″ où il peut être obtenu (adresse suffisante).

L’installation permet la ventilation d’une salle de réunion. On souhaite réaliser un niveau sonore global pondéré de 35 dB(A), quitte à insérer un silencieux supplémentaire.
Voici les détails techniques de l’installation :

  • Le ventilateur : radial, avec pales incurvées en arrière, débit = 2 000 m³/h, pression = 200 Pa, vitesse = 1 500 tr/min.
  • La bouche : grille murale avec lamelles réglables, section libre de 75 %, position d’étranglement ouvert 50 %, montage au milieu d’une paroi sous le plafond.
  • Le local : volume 450 m³, temps de réverbération de 1 sec à 1 000 Hz.
  • Les conduits : en tôle d’acier, parties absorbantes avec revêtement intérieur de 25 mm de laine minérale.
  • Le coude : avec tôles de guidage.

Résultats

Les bruits générés
(puissances acoustiques créées par l’écoulement, en dB)

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 000 Hz 2 000 Hz 4 000 Hz
Bouche 36 36 35 31 24 14
Gaine 1 6 2 – – – –
Gaine 2 37 34 30 26 21 15
Coude 51 47 43 37 – –
Gaine 3 37 34 30 26 21 15
Ventilateur 72 76 69 65 59 52

Remarques.

  • On constate directement impact de la vitesse de l’air sur la production de bruit (la gaine 1 est parcourue à 2 m/s et la gaine 2 et 3 et parcourue à 8 m/s).
  • Le ventilateur est nettement le plus grand générateur de bruit, mais c’est aussi celui qui se trouve le plus éloigné par rapport aux locaux.

Les atténuations
(amortissements acoustiques créés par les composants, en dB)

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 000 Hz 2 000 Hz 4 000 Hz
Local 10 10 10 10 10 10
Bouche 1 – – – – –
Gaine 1 2 2 8 18 11 7
Diffuseur – – – – – –
Gaine 2 6 5 3 2 2 2
Coude 0 0 3 5 4 6
Gaine 3 5 4 14 31 30 20

Remarques.

  • Les 10 dB d’atténuation du local correspondent au passage de la puissance acoustique de l’installation à la pression acoustique perçue au niveau de l’oreille de l’occupant ; on perçoit dès lors l’importance de l’absorption du local pour « étouffer » les bruits (la durée de réverbération ne doit pas être trop grande).
  • Ce sont les absorbants placés dans les gaines qui font le gros du travail.

Le niveau acoustique dans le local
Le calcul consiste à partir du local et à remonter vers le ventilateur en additionnant successivement les puissances acoustiques de chaque générateur de bruit et en retranchant toutes les absorptions successives du local et des équipements.

Exemple pour 125 Hz :

Bruit généré Atténuat. Atténuation
totale		 Accroiss.
du bruit		 Bruit
total
Local – 10 0
Bouche 36 1 10 26 26
Gaine 1 6 2 11 0 26
Diffuseur 0 0 13 0 26
Gaine 2 37 6 13 24 28
Coude 51 0 19 32 33
Gaine 3 37 5 19 18 33
Ventilateur 72 0 24 48 48

Remarques.

  • L’atténuation d’un équipement n’est comptabilisée que pour amortir le bruit des équipements en amont, et non pour l’équipement lui-même ; exemple : le son de la gaine 2 (puissance de 37 dB) est atténué de 13 dB lorsqu’il est perçu par un occupant du local, il génère donc 24 dB (= 37-13) ; les 6 dB d’atténuation que la gaine 2 apporte n’entreront en compte que dans l’amortissement du bruit généré par le coude et les autres équipements en amont.
  • Les additions de bruit sont des additions nombres logarithmiques puisqu’exprimés en décibels ; exemple : les 24 dB de la gaine 2 viennent s’ajouter aux 26 dB créés par la bouche, ce qui donne 28 dB.
  • C’est finalement le ventilateur qui est responsable du bruit généré dans le local ; les 33 dB générés par les autres équipements sont sans importance par rapport au 48 dB du ventilateur à 125 Hz.

En faisant de même pour les autres fréquences, on obtient  [en dB] :

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 000 Hz 2 000 Hz 4 000 Hz
Niveau
sonore
local		 48 55 32 21 14 9

Résultats pondérés et analyse
Sachant que notre oreille présente une sensibilité plus faible aux basses fréquences, il est d’usage d’appliquer une pondération aux résultats en suivant les valeurs du filtre A :

125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 000 Hz 2 000 Hz 4 000 Hz
Niveau
sonore
local		 48 55 32 21 14 9
Pondération
filtre A		 – 16 – 9 – 3 0 + 1 + 1
Niveau sonore
pondéré		 32 46 29 21 15 10

Constat : le niveau sonore dépasse les 35 dB attendus dans le local, tout particulièrement à 250 Hz (qui correspond « au bruit de sirène » du ventilateur). Un silencieux sera requis. Il sera placé après le coude et il doit être dimensionné pour atténuer le son d’un minimum de 11 dB à 250 Hz.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir le circuit de distribution

Collecteurs primaires en boucle ouverte

Circuit primaire en boucle ouverte.

Un circuit en boucle ouverte est composé d’un collecteur de départ et d’un collecteur de retour séparés. Il n’y pas de pompe primaire. Ce sont les circulateurs des circuits secondaires qui déterminent le débit qui circulera dans les collecteurs et les chaudières.

Ce circuit présente l’avantage de la simplicité de conception et donc des économies d’investissement.

Par contre, comme inconvénient, il présente des risques d’interférence entre les circuits secondaires et donc des difficultés de régulation. En effet, toute modification de l’ouverture d’une  vanne mélangeuse entraînera une modification du débit dans les autres circuits. Il s’en suivra des réactions en chaîne des régulateurs et des oscillations dans le réglage des vannes.

Cas où la boucle ouverte est recommandée

Ce type de circuit n’est pas à rejeter d’office. En effet, son extrême simplicité peut être exploitée sans problème en présence de

  • chaudières à grand volume d’eau, pouvant fonctionner à débit nul,
  • et pouvant fonctionner sans limite basse de température de retour,
  • et raccordées à des collecteurs primaires courts.

Dans ce cas, en effet

  • Les chaudières ne risquent pas de se rompre au démarrage, alors que toutes les vannes mélangeuses sont fermées.
  • Les chaudières peuvent condenser sans risques lorsqu’en mi-saison, la température de l’eau renvoyée par les circuits secondaires s’abaisse.
  • Le circuit primaire présente des pertes de charge tellement négligeables qu’une modification de débit (vanne mélangeuse se fermant, ou chaudière mise à l’arrêt et isolée), ne modifiera que très peu les conditions de fonctionnement des circuits secondaires.

Remarquons que ce type de schéma convient très bien pour les chaudières à condensation pouvant fonctionner sans débit minimal.

Cas où la boucle ouverte ne convient pas

Dans le cas de chaudières à faible volume d’eau, et donc à forte perte de charge, les circuits primaires en boucle ouverte sont à exclure.

Si la chaudière choisie ne supporte pas les retours à température froide (qui risquent d’apparaître en mi-saison puisque l’eau renvoyée vers la chaudière est à la température de retour des circuits), un circulateur de recyclage doit alors être prévu sur les chaudières.

Circulateur de by-pass placé sur la chaudière.

Cas particulier du remplacement de chaudière

Comme on le voit, toutes les chaudières ne peuvent convenir avec un circuit en boucle ouverte. Il faut donc être attentif lorsque l’on procède au remplacement d’une ancienne chaudière raccordée à ce type de circuit. Il faut que la nouvelle chaudière puisse « survivre » aux mêmes conditions de fonctionnement (sans irrigation minimale, sans limite basse de température de retour). Dans le cas contraire, il faut adapter le circuit primaire, par exemple en installant une pompe de bypass.

En conclusion

En conclusion, pour sa simplicité, le circuit primaire en boucle ouverte peut être considéré comme le circuit le plus intéressant mais ne convient que pour certains types de chaudières. Dans les autres cas, il faudra choisir un circuit en boucle fermée ou avec une bouteille casse-pression qui présentent des performances énergétiques légèrement moindres.

Collecteurs primaires en boucle fermée

Lorsque la chaudière ne peut supporter les conditions de fonctionnement imputables au circuit en boucle ouverte ou que le collecteur primaire doit avoir une longueur importante (cas d’un collecteur alimentant plusieurs sous-stations), on peut avoir recours à un circuit en boucle fermée.

Circuit primaire fermé avec pompe unique.

Circuit primaire fermé avec une pompe par chaudière.

Intérêt d’un circuit en boucle fermée

Le circuit primaire en boucle fermée a pour but d’éliminer la pression différentielle au pied de chaque circuit secondaire. On dit que la boucle primaire est « sans pression » ou que la pression différentielle entre les collecteurs est faible par rapport à la perte de charge des vannes trois voies du secondaire.

En pratique, pour que la boucle fermée puisse jouer son rôle, il faut réduire ses pertes de charge. Pour cela, on double le diamètre des collecteur par rapport au diamètre de la boucle.

Il faut également être attentif à ne pas placer dans la boucle un élément à forte perte de charge comme un clapet anti-retour, ou encore une vanne d’isolement partiellement fermée.

Cette dernière est pourtant couramment rencontrée. Elle est prévue notamment pour le cas où une pompe secondaire tomberait en panne : en fermant la vanne, le circuit primaire se met en pression et de l’eau est poussée par la pompe primaire vers le circuit défaillant. Le problème est qu’il faut être attentif qu’en fonctionnement normal, la vanne soit totalement ouverte, les circulateurs doivent « aspirer » le débit dans la boucle primaire et non se sentir « poussé dans le dos » par la pompe primaire.

Si ces différentes précautions ne sont pas prises, le problème d’interférence hydraulique entre les circuits (parfois rencontré avec les circuits en boucle ouverte) risque d’apparaître.

Inconvénient d’un circuit en boucle fermée

Dans le cas d’installations composées de plusieurs chaudières régulées en cascade, le circuit en boucle fermée implique de faire fonctionner les chaudières à plus haute température pour éviter les problèmes d’incompatibilité des débits entre les circuits secondaires et le collecteur primaire et les risques d’inconfort.

Les chaudières et le collecteur présentent ainsi plus de pertes.

Ce type de circuit est donc énergétiquement moins intéressant et choisir une chaudière très basse température en association avec celui-ci n’a guère de sens.

Calculs

 Pour simuler cette situation, cliquez ici !

Collecteurs primaires avec bouteille casse-pression

Circuit primaire avec bouteille casse-pression.

Les avantages et inconvénients de la bouteille casse-pression  sont semblables à ceux de la boucle fermée :

  • S’adresse aux chaudières demandant un débit d’eau minimum permanent et ne pouvant supporter des retours à très basse température.
  • Permet d’éviter les problèmes d’interférence entre les circuits dans le cas de chaudières et de collecteur à fortes pertes de charge.
  • Demande aux chaudières de fonctionner à plus haute température pour éviter les problèmes d’incompatibilité des débits entre le circuit primaire et les circuits secondaires (ici, c’est le premier circuit secondaire après la bouteille casse-pression qui risque de puiser de l’eau froide dans le retour).

Un avantage de la bouteille casse-pression par rapport à la boucle fermée est de pouvoir profiter de la faible vitesse de circulation dans la bouteille pour y installer un dégazeur et une récupération des matières solides qui décantent vers le fond de la bouteille.

On reconnait à droite de la chaudière la bouteille casse-pression. Elle sépare hydrauliquement le circuit de la boucle primaire (venant de la chaudière) des 2 circuits alimentant des collecteurs secondaires (départ rouge et retour bleu).

Ici, le placement d’une bouteille casse-pression paraît discutable puisqu’il s’agit d’une chaudière à condensation…(voir ci-dessous).

Cas particulier des chaudières à condensation

La présence d’une chaudière à condensation impose une étude particulière du circuit hydraulique qui lui sera associée.

En effet, le circuit doit garantir une alimentation de la chaudière avec une eau à la température la plus basse possible, condition pour favoriser au maximum la condensation.

Le choix du circuit hydraulique dépend principalement de 3 facteurs :

    1. le type d’utilisateurs : applications toutes à basse température, applications mixtes basse et haute température, présence d’une production d’eau chaude sanitaire, …
    2. le type de chaudière : avec ou sans irrigation impérative,
    3. le nombre de chaudières : une seule chaudière à condensation, chaufferie composée (une chaudière traditionnelle et une chaudière à condensation).

On comprend que la configuration du circuit hydraulique est intimement liée au type de chaudière choisi. Il est donc impératif que le cahier des charges de la nouvelle installation comprenne une description précise de ces deux éléments. Une modification ultérieure ou un choix incorrect de l’installateur risque de conduire à une association chaudière – circuit ne correspondant plus aux critères de performance d’une installation à condensation.

Principes de base et conseils

Pour assurer une condensation maximale, il faut respecter les principes suivants:

  • S’il y a plusieurs types d’utilisateurs, la chaudière à condensation ou la partie « échangeur-condenseur » de cette chaudière doit être alimentée par les retours les plus froids. Par exemple, avec une installation équipée de groupes de traitement d’air à température élevée et de radiateurs fonctionnant en température glissante, c’est ce dernier circuit qui sera raccordé sur la chaudière à condensation.
  • En aucun cas, le retour d’eau froide vers la chaudière ne peut être mélangé avec de l’eau chaude. Il faut donc éviter les boucles fermées, les circulateurs de by-pass, les soupapes différentielles, …
Exemple.

Dans une installation équipée de vannes thermostatiques, il est coutume de placer au départ de chaque circuit de distribution secondaire, une soupape différentielle qui « court-circuite » une partie du débit pour éviter que la pression n’augmente trop dans le circuit lorsque les vannes se ferment.

Lorsque les vannes thermostatiques se ferment, la pression augmente dans le réseau. La soupape différentielle s’ouvre alors pour renvoyer directement une partie de l’eau chaude vers le retour.

Cette technique a pour effet de remonter la température de retour lorsque les vannes thermostatiques se ferment. Elle est donc à déconseiller.

On peut lui préférer les circulateurs à vitesse variable qui, eux vont automatiquement diminuer le débit à la fermeture des vannes. On y gagne en consommation électrique et en diminution de la température d’eau de retour.

Départ des circuits secondaires avec circulateurs à vitesse variable.

En pratique

Chaque fabricant de chaudière à condensation propose des schémas hydrauliques se rapportant à leur matériel. Ils peuvent également étudier l’intégration de la chaudière dans une installation existante. De même, le subside accordé actuellement par les distributeurs de gaz est soumis à un examen des circuits hydrauliques qui doit garantir le fonctionnement correct de la condensation.

Techniques

 Pour visualiser des exemples de circuits hydrauliques favorables à la condensation, cliquez ici !

Raccordement des chaudières au circuit primaire

On rencontre généralement deux types de raccordement des chaudières au circuit primaire : en parallèle ou avec une « boucle de Tichelmann ».

Anciennement, la « boucle de Tichelmann » était souvent préconisée du fait de l’équilibrage automatique qu’elle permettait. Elle ne se justifie plus toujours actuellement. En effet :

  • L’équilibrage « naturel » réalisable grâce à une boucle de « Tichelmann » est tout relatif. En effet, étant donné la normalisation des diamètres des conduits de distribution, il est impossible d’obtenir exactement les mêmes pertes de charge dans tous les tronçons. Par exemple, pour un débit de 32 m³/h, la perte de charge est de 96 Pa/m pour une conduite DN 100 et de 346 PA/m pour une conduite DN 80. Les pertes de charges singulières (coudes, tés, …) sont également différentes d’un tronçon à l’autre. Des vannes d’équilibrage peuvent donc être également nécessaires avec un raccordement « Tichelmann ».
  • Avec les chaudières à faible capacité en eau et forte perte de charge, la perte de charge des conduites peut devenir négligeable par rapport à celle des chaudières. La configuration du raccordement des chaudières influe donc peu sur la répartition des débits entre les chaudières.La « boucle de Tichelmann » n’apporte rien en présence d’une combinaison de chaudières différentes (puissance différentes, chaufferie composée d’une chaudière traditionnelle et d’une chaudière à condensation, …) puisque dans ce cas, il ne sert à rien de maintenir une pression identique au droit de chaque chaudière.
  • La « boucle de Tichelmann » ne peut s’appliquer à une installation à plus de 2 chaudières régulées en cascade avec isolation hydraulique à l’arrêt. En effet, si la circulation est stoppée dans une des chaudières, le débit va varier dans certains tronçons et pas dans d’autres. Il apparaîtra alors un « déséquilibre hydraulique » entre les chaudières encore en fonctionnement.

Pour que les circuits alimentant chaque chaudière présentent les mêmes pertes de charge, il faut que
la perte de charge du tronçon AB parcouru par le débit q soit la même que celle du tronçon DE parcouru par le débit 2q et que la perte de charge du tronçon BC parcouru par le débit 2q soit la même que celle du tronçon EF parcouru par le débit q.

Or si la première chaudière est mise à l’arrêt par la régulation, le débit des tronçons DE et EF restent inchangés, tandis que le débit des tronçons AB et BC varie. Les pertes de charge ne sont donc plus identiques entre les circuits de chaque chaudière. Il y a déséquilibre et variation des débits dans les chaudières en fonctionnement.

Configuration des circuits secondaires

Comme cela est également expliqué dans le choix de la régulation :

A chaque « zone thermique homogène », son circuit spécifique.

C’est le critère essentiel pour obtenir une régulation correcte.

Idéalement, le découpage hydraulique coïncidera avec la répartition des locaux ayant des besoins similaires,

  • similaires au niveau des plages horaires d’occupation essentiellement,
  • similaires dans les sollicitations extérieures (soleil, vent,…), ce qui entraîne bien souvent un découpage par façade,
  • similaires au niveau du type d’équipement de chauffage et au niveau de l’inertie du bâtiment (on ne mélange pas des radiateurs et des convecteurs sur un même circuit car ils demandent des températures de fonctionnement différentes).
Exemple.

Par exemple, dans une école, les locaux de classes et les couloirs attenants peuvent être sur un même circuit : leurs plages d’occupation sont similaires et il suffira de placer des vannes thermostatiques sur les radiateurs pour maintenir 16° dans les couloirs. Par contre, la salle de gymnastique devra disposer d’un circuit distinct si,

  • soit son occupation la distingue du reste de l’école (entraînements sportifs le soir, par exemple),
  • soit son type de corps de chauffe est différent (des aérothermes sont toujours alimentés par de l’eau à haute température).

 

De même, lors de la conception d’un immeuble de bureaux, on imaginera de pouvoir chauffer chaque étage indépendamment des autres (utilisation de WE, multi-locataires, …).

Choix des matériaux

Le matériau utilisé pour réaliser le circuit de distribution n’influence pas les performances énergétiques de l’installation.

Par contre, il peut avoir un impact sur les risques de corrosion encourus.

La combinaison du cuivre et de l’acier

Il faut savoir que l’utilisation de plusieurs métaux différents dans une même installation peut être une source de problème.

Notamment, en présence d’eau, le cuivre induit une corrosion du métal auquel il est couplé.

L’utilisation du tube en cuivre et du tube en acier dans une même installation est donc à éviter.

Le risque est cependant limité dans le circuit fermé d’une installation de chauffage si les apports d’oxygène neuf sont faibles, ce qui signifie qu’il faut éviter les rajouts fréquents d’eau d’appoint (fuites, détérioration du vase d’expansion) ou les dépressions dans le circuit.

Concevoir

 Les dépressions dans un circuit de chauffage sont le résultat d’un mauvais dimensionnement du vase d’expansion ou de son emplacement incorrect.

Pour en savoir plus, cliquez ici !

La combinaison de l’aluminium et de l’acier

Certains traitements de l’eau consistent à injecter des produits ayant pour but de neutraliser les agents facteurs de corrosion et éventuellement de former une couche protectrice sur la surface métallique.

Pour ces traitements, la cohabitation entre l’acier et le cuivre est acceptable car il existe des conditions de « passivation » (acidité de l’eau) communes pour ces deux métaux.

Par contre, les conditions de passivation de l’acier correspondent aux conditions de corrosion de l’aluminium. Ceci demande donc l’emploi d’inhibiteurs de corrosion appropriés.

Pour cette difficulté, la combinaison de l’acier et de l’aluminimum (certains radiateurs décoratifs) est délicate.

Matériaux synthétiques

Il existe des matériaux synthétiques aptes à être utilisés dans les installations de chauffage (polyéthylène réticulé, polypropylène).

Ceux-ci résistent aux températures et pressions imposées et sont munis de barrières étanches à la pénétration de l’oxygène dans l’installation.

Les produits autorisés font l’objet d’un agrément technique ATG qui précise leur domaine d’application.

Pour en savoir plus sur l’utilisation et la mise en œuvre de ces matériaux, nous renvoyons le lecteur à la note d’information technique NIT 207 du CSTC : Systèmes de tuyauteries en matériau synthétique pour la distribution d’eau chaude et froide sous pression dans les bâtiments (mars 1998).

Isolation

Quelle conduite isoler ?

Suivant les prescriptions de la norme NBN D30-041 et du cahier des charges type 105  de la Régie des bâtiments (1990), les conduites suivantes doivent être isolées :

  • Toutes les conduites de chauffage se trouvant dans le sol, à l’extérieur ou dans des espaces ne faisant pas partie du volume protégé (volume chauffé) du bâtiment (chaufferie, grenier, sous-sol, …).
  • Toutes les conduites de chauffage se trouvant dans des faux plafonds, des locaux techniques ou des gaines techniques, même si ceux-ci font partie du volume protégé du bâtiment.
  • Toutes les conduites de chauffage traversant des locaux où un système de climatisation est prévu.
  • Toutes les conduites de chauffage passant dans des locaux du volume protégé mais desservant d’autres locaux et non le local où elles passent.

Cette dernière exigence est valable si

  • le diamètre de la conduite est supérieur à DN 60,
  • si la longueur totale des conduites de ce type est supérieure à 6 m,
  • et surtout si les déperditions des conduites sont telles qu’elles entraînent une surchauffe (donc une surconsommation) du local traversé.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur la surchauffe liée à la distribution, cliquez ici !

 Épaisseur d’isolation

Calculs

 Pour évaluer l’épaisseur d’isolation à mettre en œuvre et comparer le gain énergétique et financier de plusieurs solutions d’isolation, cliquez ici !

Les tableaux suivants traduisent les exigences de la norme NBN D30-041 en tenant compte de la température de l’eau (fonction du mode de régulation), de la température ambiante et des épaisseurs d’isolant courantes sur le marché :

–

Conduite extérieure (température ambiante : 0°C)
–

Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de
conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]

Température de l’eau

45°C (*)

80°C

DN
10 25 40
15 25 40
20 30 40
25 30 50
32 40 50
40 40 50
50 40 50
65 40 60
80 50 60
100 50 80
125 60 80
150 60 80
200 60 80
250 60 80
300 80 100
350 80 100
400 80 100

(*) température équivalente à un fonctionnement en température glissante en fonction de la température extérieure.
–

Conduite intérieure (température ambiante : 15°C)
–

Épaisseur d’isolant rapportée à un coefficient de
conductibilité de 0,04 W/mK [en mm]

Température de l’eau

45°C (*)

80°C

DN
10 25 30
15 25 30
20 25 40
25 25 40
32 30 40
40 30 50
50 30 50
65 40 50
80 40 60
100 40 60
125 50 60
150 50 80
200 50 80
250 60 80
300 60 80
350 60 80
400 60 80

(*) température équivalente à un fonctionnement en température glissante en fonction de la température extérieure.

Dispositions particulières

Épaisseur d’isolant
Tuyaux pour les percements dans les planchers et les murs et pour les croisements. La moitié des exigences ci-dessus
Tuyaux situés dans des éléments constructifs entre locaux chauffés et occupés par des utilisateurs différents. La moitié des exigences ci-dessus
Tuyauteries dans la dalle entre locaux chauffés et occupés par des utilisateurs différents. 6 mm
Tuyaux entre locaux chauffés et occupés par le même utilisateur. Aucune

Pour les vannes, filtres et autres brides, la norme NBN D30-041 demande d’isoler les vannes ayant un diamètre supérieur ou égal à DN40 au moyen d’une enveloppe démontable. L’épaisseur d’isolant doit être équivalente à 6 cm de laine minérale.

Protection de l’isolant

Une protection de l’isolant s’impose pour :

  • augmenter la durabilité de l’installation,
  • conserver la valeur de l’isolation en la protégeant des infiltrations d’eau et d’humidité.

Actuellement, on rencontre principalement des tôles d’aluminium, des revêtements plastiques ou du plâtre.

Généralement, les isolants en caoutchouc synthétique ou mousse de PE souple, à structure à cellules fermées et paroi extérieure lisse ne doivent pas être pourvus d’un revêtement complémentaire.

Les isolants placés dans les coudes doivent être protégés par un élément préformé ou découpés sur mesure.

Lorsqu’il s’agit de tuyauteries non apparentes le revêtement peut être appliqué en usine sur les coquilles isolantes. Les joints entre les coquilles devant être parachevés par une bande autocollante (par exemple en aluminium).

Protection de l’isolant en aluminium (pose en cours).

Protection de l’isolant en plâtre.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité du réseau de distribution

Évaluer l'efficacité du réseau de distribution

Qualité générale de l’installation

Pour évaluer l’efficacité générale d’un système de ventilation, plusieurs paramètres du réseau peuvent être observés :

  • L’adéquation des débits en fonction des besoins,
  • Les pertes de charges du système,
  • L’étanchéité à l’air des conduits,
  • Le rendement du ou des ventilateur(s).

Ce sont donc ces paramètres qui vont influencer la consommation finale des ventilateurs. Mais la consommation des ventilateurs par m³/h transporté peut être très différente d’un ventilateur à un autre. Voici une classification qualitative des systèmes de ventilation en fonction de leur consommation (source : Swedish Indoor Climate institute).

Puissance d’un ventilateur par m³/h transporté

Efficacité énergétique
0 < puissance < 0,4 W/(m³/h) bonne
0,4 < puissance < 0,7 W/(m³/h) moyenne
0,7 < puissance < 1,1 W/(m³/h) mauvaise

Inversément, on peut situer la consommation des ventilateurs existants dans ce tableau pour évaluer la qualité énergétique générale de l’installation, c’est-à-dire la qualité du groupe et du réseau de distribution.

L’évaluation de l’efficacité générale du système de ventilation passe donc par plusieurs mesures :

Mesure de la consommation

La mesure de la consommation électrique du ventilateur peut s’effectuer grâce à un compteur électrique classique ou grâce à une pince ampèremétrique.

Compteur électrique intégré dans le tableau électrique.

La puissance moyenne délivrée s’obtient en divisant la consommation électrique mesurée sur une période représentative du fonctionnement normal par la durée de la mesure.

Attention, lorsque la mesure est effectuée via une pince ampèremétrique, cela nécessite le relevé sur la plaque signalétique, du cos φ de l’installation.

Mesure des débits

La mesure du débit pulsé par le ventilateur est effectuée grâce à un anémomètre dans le conduit de pulsion ou encore grâce au manomètre différentiel équipant les filtres.

Mesure de débit dans une gaine.

Mesure des pertes de charge

Il est également possible de répartir les pertes liées au réseau de distribution en mesurant la répartition des pressions au niveau des groupes de pulsion ou d’extraction. Il en ressort souvent que plus de 50 % de l’énergie du groupe sont créés par les pertes de l’ensemble moteur – transmission – ventilateur.

Points de mesure de pression nécessaires à la détermination des pertes du système

Objectifs de qualité

On peut aussi se fixer des objectifs de qualité pour réduire les consommations liées à la distribution, comme le font les Suisses dans les exigences SIA (Société suisse des ingénieurs et architectes)  :

Exigences selon SIA V382/3 de base accrues
Pertes de charge totales maximum (pulsion et extraction) < 1 200 Pa < 900 Pa

Débit d’air neuf maximum

Fumeurs < 70 m³/h/pers < 50 m³/h/pers
Non fumeurs < 30 m³/h/pers < 25 m³/h/pers

Rendement global minimum au point de fonctionnement :

15 000 m³/h > 65 % > 70 %
10 000 m³/h > 60 % > 65 %
5 000 m³/h > 55 % > 60 %

Adéquation des débits

La quantité d’air à transporter et donc les débits va influencer la consommation finale du système de ventilation. Plus les débits augmentent, plus la consommation sera grande. Ainsi assure une adéquation des débits en fonction des besoins en ventilation d’un bâtiment permet de garantir une consommation « minimale » et donc une efficacité accrue du réseau complet.

Comme ce fut présenté dans l’évaluation de la qualité de l’air ambiant, on peut dans un premier temps vérifier par mesure si les débits réels ne sont pas supérieurs aux recommandations. C’est souvent le cas pour les anciennes installations de ventilation.

Ensuite, dans les locaux dont l’occupation varie fortement, on peut se demander si la modulation des débits en fonction des besoins réels peut apporter des économies substantielles. Il faut donc voir si

  • La ventilation est permanente 24h/24 alors que seule une ventilation diurne est nécessaire.
  • Certains locaux sont ventilés en journée alors qu’ils sont inoccupés.

Il faut également être attentif aux périodes de relance des installations de chauffage. La relance se faisant avant l’arrivée des occupants, un apport d’air neuf n’est pas nécessaire et constitue une charge thermique complémentaire à vaincre. Or on constate souvent sur le terrain que toutes les installations (chauffage, ventilation, humidification, …) démarrent en même temps à 6h du matin, alors que la ventilation, elle, ne devrait démarrer qu’à 8h30 (démarrage des ventilateurs, ouverture des volets d’air neuf). Par exemple, dans une installation de climatisation tout air, la relance du chauffage doit se faire en total recyclage, sans apport d’air neuf.

Les exemples suivants illustrent les économies potentielles pour quatre situations différentes.

Exemple 1 :

Un immeuble de bureaux est occupé 5 jours par semaine de 8h30 à 17h30 (250 jours par an). Or, le système de ventilation fonctionne tous les jours de la semaine pendant 24 heures, avec un débit de 1 000 m³/h (= 0,28 m³/s) d’air neuf.

Sans horloge, la

consommation pour le chauffage de l’air neuf durant la saison de chauffe (soit 5 800 h/an) s’élève à :

0,34 [Wh/m³K] x 1 000 [m³/h] x (16 [°C] – 6 [°C]) x 5 800 [h/an] / 0,7 =
28 161 [kWh/an]

Avec une horloge qui coupe la ventilation en dehors des heures de bureau, elle s’élève à :

0,34 [Wh/m³K] x 1 000 [m³/h] x (18 [°C] – 8 [°C]) x 1 530 [h/an] / 0,7 =
7 433 [kWh/an]

où,

  • 16 [°C] est la température moyenne intérieure sur 24 h tenant compte des apports gratuits de chaleur et du ralenti nocturne,
  • 18 [°C] est la température intérieure diurne de consigne compte tenu des apports de chaleur gratuits (soleil, ordinateur, …Apportent 2 [°C]),
  • 6 [°C] est la température extérieure moyenne de la saison de chauffe,
  • 8 [°C] est la température extérieure moyenne diurne durant cette même période,
  • 0,7 est le rendement de l’installation de chauffage.

Soit, une économie de 20 728 kWh/an.

L’économie réalisée sur la

consommation électrique est imputable à la mise à l’arrêt des ventilateurs de pulsion et d’extraction pendant 2 190 h en dehors de la saison de chauffe et à la mise à l’arrêt du ventilateur d’extraction pendant 4 270 h durant la saison de chauffe. Durant cette dernière période, l’économie réalisée sur la consommation du ventilateur de pulsion est déjà, en grande partie, comptabilisée dans l’économie de chauffage.

0,28 [m³/s] x 1 500 [Pa] x 2 190 [h/an] / 0,65 = 4 243 [kWh/an]

+

0,28 [m³/s] x 500 [Pa] x 4 270 [h/an] / 0,65 = 2 758 [kWh/an]

où :

  • 1  500 [Pa] (pulsion + extraction) et 500 [Pa] (extraction) sont des valeurs courantes de perte de charge d’un réseau de distribution de qualité moyenne,
  • 0,65 est le rendement global de l’installation de ventilation.
Exemple 2 :

Le bureau d’un représentant commercial est effectivement occupé durant 2 jours par semaine pendant 8 heures. Or le système de ventilation fonctionne tous les jours de la semaine pendant 10 heures (de 8 h à 18 h), avec un débit de 30 m³/h d’air neuf.

L’économie de chauffage réalisée en coupant la ventilation du bureau inoccupé est estimée à :

0,34 [Wh/m³K] x 30 [m³/h] x (18 [°C] – 8 [°C]) x (1700 [h/an] – 544 [h/an]) / 0,7 = 168 [kWh/an]

L’économie électrique sur la consommation des ventilateurs s’élève à une vingtaine de kWh/an.
Exemple 3 :

Le système de ventilation double flux d’un auditoire de 200 places délivre un débit d’air neuf de 4 000 m³/h (= 200 x 20 m³/h) pendant 40 heures par semaine. En fait, cet auditoire n’est occupé que 2 jours par semaine pendant 8 heures par 100 personnes en moyenne.

Si la ventilation est ajustée en fonction du nombre de personnes, le système fournira seulement 2 000 m³/h (= 100 x 20 m³/h) pendant 16 heures par semaine.

La consommation actuelle de chauffage est donc de :

0,34 [Wh/m³K] x 4 000 [m³/h] x (18 [°C] –
8 [°C]) x 1 360 [h/an] / 0,7 = 26 423 [kWh/an]

Grâce à la nouvelle régulation, on consommera :

0,34 [Wh/m³K] x 2 000 [m³/h] x (13 [°C] –
8 [°C]) x 544 [h/an] / 0,7 = 2 642 [kWh/an]

Où :

  • 18  [°C] est la température moyenne intérieure durant la semaine tenant compte des apports gratuits de chaleur dus aux 100 personnes présentes 2 jours par semaine,
  • 13  [°C] est la même température intérieure, mais sur les 2 jours par semaine d’occupation.

Soit une économie de 23 781 kWh/an pour le chauffage.

On sait en outre que la consommation d’un ventilateur varie comme le cube de sa vitesse (règles de similitude) donc de son débit. L’économie potentielle réalisable en adaptant la vitesse du ventilateur d’extraction aux besoins s’élève donc à (rappel : le gain de consommation du ventilateur de pulsion est déjà comptabilisé dans les économies de chauffage) :

0,2 [W/(m³/h)] x 4 000 [m³/h] x (1 360 [h/an] – 544 [h/an]) = 653 [kWh/an]
(arrêt du ventilateur d’extraction pendant 3 jours)

+

0,2 [W/(m³/h)] x 4 000 [m³/h] x 544 [h/an] x (7/8) = 381 [kWh/an]
(diminution de la vitesse en période d’occupation : division par 2 de la vitesse de rotation et donc division par 8 de la consommation, on économise donc 7/ 8 de la consommation de départ).

où 0,2 [W/(m³/h)] est la consommation d’une extraction performante (règle de bonne pratique).
Exemple 4 :

Un bureau paysager disposant de 4 places de travail est occupé en moyenne à 40 % de sa capacité pendant 5 jours par semaine. Le système de ventilation délivre un débit d’air constant de 120 m³/h durant 10 heures par jour (de 8h00 à 18h00).

Si on équipe ce bureau d’une bouche de ventilation avec détection de présence et estimation du nombre de personnes présentes, le débit moyen de ventilation sera ramené à 48 m³/h.

On pourrait donc s’attendre à une économie de chauffage de :

0,34 [Wh/m³K] x (120 [m³/h] – 48 [m³/h]) x
(18 [°C] – 8 [°C]) x 1 700 [h/an] / 0,7 = 594 [kWh/an]

et à une économie d’électricité pour le ventilateur de 28 kWh/an.

Dans un premier temps, il faut donc examiner si les horaires de ventilation respectent les horaires d’occupation. Une simple horloge peut soit couper les ventilateurs, soit les faire fonctionner en vitesse réduire, par exemple pour maintenir un minimum d’extraction dans les sanitaires.

Dans un deuxième temps, on peut aussi repérer les locaux à occupation importante et fortement variable (salle de réunion, bureau paysager, auditoire, …). en effet, ceux-ci peuvent éventuellement faire l’objet d’une gestion en fonction de la présence des occupants.

Pour qu’une telle régulation soit possible, il faut que les bouches de pulsion et d’extraction puissent être automatiquement fermées en fonction d’un détecteur de présence, d’une sonde CO2, d’une sonde d’humidité, …  Dans le même temps, pour que l’économie électrique soit effective, il faut que le débit du ventilateur soit régulé en fonction de la fermeture des bouches ou que le ventilateur soit déclenché par un contact d’horloge.

Financièrement, la gestion des débits de ventilation a un impact encore plus important si l’air pulsé est chauffé électriquement

Gérer

 Comment gérer les débits d’air.

Pertes de charge

Dans un réseau de distribution, l’air est déplacé sous l’impulsion des ventilateurs de pulsion ou d’extraction. La consommation électrique de ceux-ci dépend de la résistance du réseau de distribution, c’est-à-dire des pertes de charge.

Exemple.
Soit un réseau de pulsion de 12 600 m³/h :

Schéma réseau de pulsion.

La pression fournie par le ventilateur permet de vaincre la résistance du réseau le plus défavorisé (de la prise d’air extérieure A à la bouche de pulsion a). Le dimensionnement de ce réseau montre que la perte de charge à vaincre se répartit comme suit :
Conduites rectilignes (35 m) 33 [Pa]
Coudes, tés, changements de section 39 [Pa]
Filtre 45 [Pa]
Prise d’air 40 [Pa]
Bouche de pulsion 50 [Pa]

On constate dans cet exemple que les conduites rectilignes ont peu de poids dans les pertes de charge totales du réseau. Par exemple, Si on considère que la perte de charge d’une conduite est d’environ 1 Pa/m (valeur courante), une bouche de pulsion (perte unitaire de 50 Pa) a une perte de charge équivalente à 50 m de conduite. Dans le même ordre d’idée, un coude a une perte de charge équivalente à 4 .. 8 m de conduite rectiligne.

Les pertes de charge dépendent donc :

du diamètre des conduits

Par exemple, réduire de moitié la section des conduits pour diminuer leur encombrement et l’investissement double la vitesse de l’air et multiplie par quatre la puissance électrique du ventilateur pour vaincre leur résistance.

De plus, les conduits rectangulaires ont une perte de charge plus importante que les conduits circulaires (plus grand périmètre pour une même section) : si on passe d’une gaine circulaire à une gaine rectangulaire dont la rapport des côtés est égal à 4, la perte de charge, donc la puissance est augmentée d’environ 30 %.

du tracé des conduites

Plus le tracé comporte des coudes, des tés, des variations de section, plus les pertes de charge seront importantes. Ce sera d’autant plus le cas si les changements de direction sont brusques et non équipés d’ailettes directionnelles.
Exemples de tracé de conduites.

>>

Pavillon à la prise d’air.

>>  

Changement progressif de section.

>> 

Placement des batteries dans des sections rectilignes suffisamment longues.

>>

Ailettes directionnelles dans les coudes.

>>

Coudes arrondis.

>>  

Bifurcation arrondie.

>>

Pas de brusque changement de direction aux abords du ventilateur.

Pas de bifurcation directement à la sortie du ventilateur.

du choix et de l’entretien des filtres

Les filtres constituent des pertes de charge non négligeables dans l’ensemble d’un réseau de ventilation. Utiliser un filtre trop performant par rapport aux besoins risque d’augmenter cette perte de charge singulière et donc la puissance du ventilateur nécessaire pour obtenir le débit souhaité.

En ventilation des bâtiments tertiaires, des filtres F7 sont généralement suffisant, les préfiltres grossiers (EU 3) n’apportent quant à eux pas d’augmentation de vie des filtres mais augmentent fortement les pertes de charge.

Lorsqu’on rentre dans une zone propre ou en environnement maîtrisé apparenté, le niveau de filtration doit être nettement plus fin tel que les filtres HEPA H13. Les pertes de charge deviennent importantes même en début de vie (250 Pa nouveau et 600 Pa en final).

Exemple.

Un filtre EU 7 a une perte de charge initiale d’environ 50 Pa, tandis que celle d’un filtre EU 8 est proche de 150 Pa Pour un débit de 36 000 m³/h (10 m³/s), le filtre EU 8 entraînera une puissance absorbée du ventilateur de :

Puissance = débit x perte de charge/rendement

= 10 [m³/s] x 150 [Pa] / 0,65 = 2 285 [W]

(0,65 = rendement global du ventilateur)

pour seulement 772 W pour le filtre EU 7.
Après un certain temps de fonctionnement (environ 3 000 heures), la perte de charge d’un filtre augmente rapidement du fait de son colmatage, ce qui a pour conséquence 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.
Lorsque le débit de ventilation doit être maintenu constant (cas des hôpitaux où une pression relative entre locaux doit être maintenue), l’encrassement des filtres va entraîner une augmentation de la consommation électrique des ventilateurs.
Exemple.

La perte de charge d’un filtre fin est de :

Filtre propre 100 Pa
Filtre sale (après 6 mois) 500 Pa

Après 4 mois de fonctionnement, la perte de charge du filtre est de 370 Pa. Si on décide de remplacer le filtre à ce moment et non pas lorsque sa perte de charge finale est atteinte, on peut réaliser une économie d’énergie de (pour un débit de 15 000 m³/h (soit 4,2 m³/s)) :

4,2 [m³/s] x ((500 [Pa] – 370 [Pa]) / 2) x 840 [h] /0,65 =  353 [kWh]

où :

  • (500 Pa – 370 Pa) / 2 = la perte de charge moyenne du filtre avec une utilisation allant de 4 à 6 mois
  • 840 h = un fonctionnement de 14 h/jour pendant 60 jours
  • 0,65 = rendement global de l’installation de ventilation 

L’économie réalisée peut être comparée au prix d’un filtre neuf.

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. En outre, pour des questions d’odeur, un filtre doit être changé au minimum tous les ans.

Pertes de charge d’un filtre à poches en fonction de sa durée d’utilisation.

du dimensionnement de la prise d’air extérieure

Un sous-dimensionnement de la prise d’air extérieure sera synonyme de pertes de charge plus importantes.

Dans une installation existante, on peut repérer une prise d’air extérieure sous-dimensionnée si une quantité importante de neige, de pluie et de feuilles sont entraînées à l’intérieur de l’installation du fait de la trop grande vitesse d’air. On peut ainsi retrouver de la neige dans les filtres.

Étanchéité des conduits

Les conduits de distribution doivent être suffisamment étanches à l’air pour éviter d’insuffler de l’air inutilement dans les espaces techniques ou dans les couloirs.

Des mesures réalisées sur plusieurs bâtiments ont montré que la qualité des conduits et de leur mise en œuvre laissait fortement à désirer et ne respectent pas les critères de la norme européenne Eurovent :

Évaluation des fuites du système de ventilation de 23 bâtiments, la classe A de la norme EUROVENT étant la plus mauvaise en terme d’étanchéité
(source : Improving ductwork. A time for tighter air distribution systems. FR Carrié, J Andersson, P Wouters, AICV, UK 1999)

Il en résulte qu’en moyenne 20 % du débit d’air pulsé par un ventilateur n’arrive pas dans les locaux de destination.

Conséquences de fuites dans les réseaux aérauliques

Si le ventilateur ne compense pas les fuites :

Si le ventilateur compense les fuites :
Débits dans les locaux non respectés. Débits dans les locaux respectés mais avec des difficultés d’équilibrage.
Problèmes de qualité d’air et/ou de confort thermique non atteint. Pas d’effet sur la qualité de l’air.
Risque de gaspillage énergétique par destruction de chaud et de froid. Surconsommation du ventilateur
Surconsommation de combustible/d’électricité du groupe frigorifique.
Aspiration possible de polluants (CO, fibre de verre, …) dans les gaines d’extraction et pulsion possible de ceux-ci dans les locaux si recyclage de l’air.
Perte de performance des échangeurs de récupération par dilution de l’air extrait.

Pourtant, il existe actuellement sur le marché des produits qui garantissent une meilleure performance.

La mesure de l’étanchéité à l’air des conduits s’effectue facilement lors du montage du système de distribution d’air. Une mesure ultérieure est toujours envisageable mais des problèmes d’accessibilité se posent souvent (démontage des faux plafonds, etc.) même si, en principe, un accès doit être préservé pour la maintenance du système.

Comment évaluer l’étanchéité des conduits ?

Qualitativement : Rechercher les fuites dans un réseau en surpression (pulsion) est relativement facile. Il suffit de déposer un produit moussant sur les joints suspects.

Des traces de poussières aux raccords sont aussi des signes d’inétanchéité.

Lorsque le réseau est en dépression (extraction), il faut boucher les diffuseurs et mettre les conduits en surpression pour pouvoir appliquer la méthode précédente.
Quantitativement : La mesure consiste à isoler la partie du système à tester en obturant les différentes connexions vers les autres parties du système ou vers les locaux (bouches, …). Les conduits sont alors mis en surpression ou en dépression à l’aide d’un ventilateur. La mesure simultanée du débit de fuite (= débit fourni par le ventilateur) et de la pression dans les conduits permet de déterminer le taux de fuite du système. Cette procédure est décrite en détails dans la norme EUROVENT 2/2.

Améliorer

 Rénovation partielle : amélioration du réseau de distribution.

Rendement des ventilateurs

On a vu que l’on pouvait estimer par mesure la répartition des pertes d’un système de ventilation et donc le rendement de l’ensemble moteur – transmission – ventilateur. En général, plus de 50 % de l’énergie consommée sert à lutter contre les pertes de ce dernier. C’est donc un poste sur lequel il s’agit d’être attentif si l’on désire obtenir une installation énergétiquement efficace.

Cinq éléments vont déterminer la qualité énergétique du groupe de ventilation :

  • la qualité du moteur,
  • la qualité de la transmission,
  • la qualité du ventilateur,
  • la qualité du raccordement du ventilateur au réseau,
  • la qualité du mode de réglage des débits.

Il est difficile d’évaluer qualitativement un groupe de ventilation. Voici cependant quelques pistes :

  • A priori les ventilateurs à aubes recourbées vers l’arrière ont des rendements maximum supérieurs aux ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant. Ceci ne veut cependant pas dire que tous les ventilateurs à aubes recourbées vers l’avant doivent être remplacés par leur homologue à aubes arrière. L’utilisation d’aubes profilées en aile d’avion et d’aspirations profilées permet les meilleurs rendements et un bruit minimum par rapport à de simples tôles pliées.

Roue de ventilateur à aubes arrière profilées en aile d’avion.

  • Une trop grande différence de section entre l’ouïe de sortie de ventilateur et le conduit dans lequel il débite entraîne des pertes de charge importante qui se traduisent par une surconsommation, ce sera le cas notamment si la sortie du ventilateur est libre dans un caisson.
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 %.

  • Une transmission de ventilateur par courroies à un plus mauvais rendement qu’une transmission directe. Elle entraîne une perte de rendement de l’ordre de 10 %. Le rendement de transmission étant d’autant réduit que les courroies sont démultipliées, que les poulies sont petites et que la tension est mal réglée.
    On peut procéder à deux types de vérification sur un entraînement par courroies : l’alignement des poulies et la tension des courroies.
    Un défaut dans l’entraînement par courroies peut aussi se repérer par la présence d’une quantité importante de poussière de courroie dans l’installation.

Vérification de l’alignement des poulies

Vérification de la tension des courroies.

Perte de transmission avec un système de courroies.

  • Les ventilateurs avec un moteur à rotor extérieur ont également un plus mauvais rendement.
  • On a vu que la gestion des débits d’air en fonction des besoins permet une économie de chauffage/refroidissement importante. Par contre, tous les modes de réglage n’apportent pas la même diminution de la consommation électrique. Le réglage par by-pass entraîne quant à lui une augmentation de la puissance absorbée par le ventilateur. Voici l’incidence des différentes mesures visant à diminuer le débit des ventilateurs sur la puissance absorbée par le ventilateur.

Ces courbes ont été établies pour un type particulier de ventilateur. Elles ne sont donc qu’indicatives pour les autres ventilateurs. Remarquons en outre que l’utilisation d’un transformateur n’est possible que pour les moteurs bobinés.

Améliorer

 Rénovation partielle : amélioration du ventilateur.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la gestion en ventilation

Un ventilateur plusieurs vitesses – Les économies d’énergies

Le ventilateur à 2 ou plusieurs vitesses peut être commandé de différentes façons :

Il est très difficile d’évaluer la réduction des débits introduits grâce à une gestion de ventilation par un moteur à 2 ou plusieurs vitesses.
Elle dépend de nombreux paramètres tels que :

    • le cycle de fonctionnement initial par rapport au nouveau cycle de fonctionnement,
    • le nombre de vitesses et les débits correspondant à ces vitesses.

L’économie de débit peut être visualisée sur un diagramme donnant les débits sans et avec gestion.

Exemples.

> Cas 1 : ventilateur surdimensionné.

Dans une cuisine, la ventilation fonctionnait initialement 24 h sur 24. Suite à un calcul ne tenant pas compte de la chaleur réellement produite par les appareils, le ventilateur avait été surdimensionné. Il n’y avait qu’une seule vitesse.
On a remplacé le moteur du ventilateur par un moteur à deux vitesses + arrêt.
La poulie du moteur fut également modifiée de manière à diminuer le débit maximum de façon à l’adapter au débit maximum nécessaire aux équipements.

La diminution des débits peut être substantielle. Elle est ici représentée par la proportion de la surface bleue sur la surface totale.

> Cas 2 : ventilateur bien dimensionné.

Dans une cuisine, la ventilation fonctionnait du matin au soir. Le ventilateur était bien dimensionné. Il n’y avait qu’une seule vitesse. On a remplacé le moteur du ventilateur par un moteur à deux vitesses + arrêt.

Dans cet exemple, l’économie de débit est d’un peu plus de 20 %.

Un moteur à vitesse variable + régulateur PI – Les économies d’énergies

Une plate-forme d’essais a été construite au centre de recherche des Renardières d’EDF à Moret-sur-Loing en France. Le but de cette plate-forme est de recréer au mieux les conditions de fonctionnement d’une grande cuisine.

Des essais sur cette plate-forme ainsi que des mesures sur des cuisines réelles ont permis d’évaluer les effets d’un moteur à vitesse variable muni d’une régulation PI en fonction de la température de l’air ambiant complétée de deux alarmes pour le taux de CO2 et l’humidité entraînant un passage en vitesse maximale en cas de dépassement de consigne.

Ces essais et mesures sont décrits dans le magazine « Chaud Froid Plomberie » n° 585 de novembre 1996. Ce magazine tient lui même ses informations du n° 44 de la revue « Qualita ».

Exemples.

  • Une  cuisine fonctionnant de 8 h à 23 h a été simulée. On a fait varier la puissance appelée de 0 à 32 kW lors du déjeuner et du dîner. Le régulateur PI commande un moteur à vitesse variable. Le débit du ventilateur correspondant à la vitesse minimale est de 2 100 m³/h et celui correspondant à la vitesse maximale est de 4 500 m³/h. La température de consigne est de 24°C. Le régulateur est programmé pour couper la ventilation entre 23 et 8 h.
    Voici les résultats obtenus :
– Chauffage d’air neuf
(par jour)		 Consommation du moteur (par jour)

Grande vitesse (de 8 h à 23 h)

270 kWh 10,5 kWh

Régulation PI

 144 kWh 3,3 kWh

Économie

 46,6 % 68,6 %
  • Une simulation sur ordinateur a montré qu’un débit minimal quatre fois inférieur au débit maximal aurait permis de plus grandes économies d’énergie : le débit aurait été réduit de 60 % au lieu de 46,6 %.

 

  • La même régulation a été installée dans une cafétéria existante dans laquelle des mesures ont été faites. Cette cuisine ouverte sur une salle de restaurant prépare 500 repas/jour; 7 jours sur 7. Elle est équipée de matériel électrique pour une puissance totale installée de 116,6 kW.
    Un régulateur PI commande un moteur d’extraction à vitesse variable.  Le passage en vitesse maximale se fait automatiquement lorsque le taux d’humidité dépasse 70 %. Une alarme sur le taux de CO2 n’est pas nécessaire vu que la cuisine est « tout électrique ».
    La ventilation de cette cuisine est dimensionnée pour ne pas dépasser 28°C. Cela suppose que la température de l’air soufflé soit proche de 20°C.

    En effet, lors des mesures, la température de l’air soufflé (provenant du restaurant) était de 21°C. Le nombre de repas servis était de 456 lors du fonctionnement en grande vitesse et de 493 lors du fonctionnement en régulation PI.Voici les résultats obtenus :
– Chauffage d’air neuf
(par jour)		 Consommation du moteur
(par jour)

Grande vitesse

 528 kWh 57,7 kWh

Régulation PI

 169 kWh 5,1 kWh

Économie

 68 % 91 %
  • Les économies de débits baissent si la température du restaurant augmente. Les températures du restaurant ont varié de 20 à 24°C durant les essais. Les économies sur les débits d’air ont respectivement varié de 70 à 40 %.

Remarque.

Nous pensons que ces chiffres ne sont pas à généraliser et sont à prendre avec beaucoup de précautions. En effet, les exemples ne précisent pas si les vitesses frontales minimales entre la hotte et le plan de travail ainsi que si les débits dans la salle de restaurant sont respectés. Ils ne donnent aucune précision quant au fonctionnement avant et après installation du régulateur.

De manière générale, tout comme pour une gestion à plusieurs vitesses, l’économie de débit dépend :

  • De la plage de débit possible.

 

  • De la différence entre les débits maximums sans gestion et des débits réellement nécessaires à chaque instant (c’est-à-dire du cycle de fonctionnement initial par rapport au nouveau cycle de fonctionnement). Notons que les débits réellement nécessaires dépendent d’une multitude de facteurs dont notamment le rendement des équipements, la puissance installée, la variabilité de la puissance appelée, etc.

Choix de la gestion

S’il y a gestion de la ventilation, celle-ci se fait par adaptation de la vitesse aux besoins soit grâce à un moteur à plusieurs vitesses, soit grâce à un moteur à vitesse variable. En effet, cette gestion est plus efficace au niveau énergétique que les autres moyens tels que l’adaptation de la vitesse par clapets d’étranglement, par exemple.

Choix entre un moteur à une (pas de gestion) ou plusieurs vitesses et un moteur à vitesses variables + régulateur PI

Le choix entre un moteur à une (pas de gestion) ou plusieurs vitesses et un moteur à vitesses variables + régulateur PI se fait en fonction :

  • du confort
  • de la rentabilité
  • du type de cuisine
  • mais encore…

Le confort

La gestion des débits en fonction de la demande des équipements ne peut se faire que si le confort est respecté.

Les débits, s’ils sont bien calculés, doivent respecter 3 critères qui assurent le confort :

  • Une augmentation de température ambiante maximale.
  • Une augmentation d’humidité absolue maximale.
  • Une vitesse frontale entre la hotte et le plan de travail minimal, de manière à assurer l’entraînement correct des particules en suspension dans l’air.

On peut raisonnablement supposer que lorsque le nombre d’équipements en fonctionnement diminue, la température et l’humidité dégagées diminuent proportionnellement et que la diminution des débits commandée par la gestion ne compromettra pas ces deux premiers critères.

Par contre, il faudra veiller, lorsque les débits diminuent, à ce que les vitesses frontales soient encore suffisantes pour assurer l’évacuation des particules en suspension.

D’autre part, si le système de ventilation est avec transfert d’air entre le local de cuisson et le restaurant, par exemple, il faut veiller à ce que les débits, en cas de gestion dans le local de cuisson, soient encore suffisants dans l’ (ou les) autre(s) local(aux).

Il faut qu’il y ait asservissement du ventilateur de pulsion par rapport au ventilateur d’extraction.

Exemple : avec deux moteurs à 2 vitesses, une mesure est faite dans le local de cuisson, une autre dans la salle à manger. Si aucune des 2 mesures ne dépasse un certain seuil, les deux moteurs se mettent sur la plus petite vitesse. Ces deux vitesses tiennent compte du fait qu’il y a des différences de débits à respecter entre la pulsion et l’extraction de manière à respecter une dépression dans les locaux avec odeurs.

La rentabilité

Les économies d’énergie avec un ventilateur à plusieurs vitesses ou avec un ventilateur à vitesse variable + régulateur PI dépendent de nombreux paramètres dont il est question ci-dessus.

Ces économies possibles sont à évaluer au cas par cas.

Une gestion est, par exemple, indispensable lorsque les ventilateurs sont surdimensionnés. Ce qui arrive très facilement vu qu’il n’existe pas en Belgique de réglementation au niveau du calcul des débits de ventilation dans les cuisines collectives.

La rentabilité dépendra du surcoût, sans doute, relativement faible d’un ventilateur à plusieurs vitesses, et plus élevé d’un ventilateur à vitesse variable (convertisseur de fréquence) + régulateur PI par rapport à un ventilateur à une seule vitesse.

Le type de cuisines

Le ventilateur à vitesse variable + régulateur PI est un système relativement sophistiqué et relativement délicat à régler. Ainsi, il est plus approprié à une « grande cuisine » : nombre de couverts élevés, plusieurs repas par jours, système de ventilation indépendant, etc.

Mais encore : remarque

Chaque type de filtre n’est efficace que dans une plage de vitesses. A chaque filtre d’une surface donnée correspond donc une plage de débits (correspondant aussi à une plage de pertes de charges). Un débit minimal doit donc être maintenu pour assurer cette efficacité.

Choix de la commande d’un moteur à plusieurs vitesses

Si l’on choisit un moteur à plusieurs vitesses, il existe plusieurs méthodes pour commander la vitesse :

La meilleure commande est celle qui permet de se rapprocher le plus possible des besoins réels.
Ainsi, si le personnel est bien sensibilisé, la commande manuelle peut être plus intéressante que l’horloge.

La température et la mesure de courant sont de bonnes commandes mais la deuxième n’est valable que pour une cuisine « tout électrique ».
En fait, dans le cas d’une cuisine « tout électrique », les deux commandes reviennent au même vu que tout le courant est transformé en chaleur.
Mais la commande par sonde de température dépend de la température initiale de l’air c.-à-d. de la température à laquelle l’air est insufflé ou de la température de l’air après transfert. Ainsi les consignes seront plus difficiles à régler que pour une gestion commandée par mesure de courant : elles devront tenir compte de cette température initiale.

Il peut être intéressant de combiner les différentes commandes :

Exemples de commande

 
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Fonctionnement d’une cheminée

Fonctionnement d'une cheminée

Notion de tirage

Lorsqu’un gaz est chauffé, il se dilate. Une même masse de gaz aura donc un volume plus grand si elle est plus chaude ou un même volume de gaz sera plus léger s’il est plus chaud.

Par exemple, la masse volumique de l’air (à la pression atmosphérique) est de 1,293 kg/m³ à 20°C, celle des gaz de combustion à 200°C est de 0,760 kg/m³.

Les gaz légers auront donc tendance à monter s’ils sont immergés dans un gaz plus lourd.

Ceci signifie que plus la différence de température entre les gaz chauds dans la cheminée et l’air extérieur est grande, plus les gaz ont tendance à monter.

Une cheminée fonctionne donc mieux en hiver qu’en mi-saison ou qu’en été (si la chaudière est utilisée pour la production d’eau chaude sanitaire).

Plus la colonne de gaz chaud est haute, plus le tirage est important.

Si on ferme avec une plaque les extrémités hautes et basses de la cheminée remplie de gaz chaud et que l’on mesure la pression dans le conduit, on constatera que le couvercle supérieur est soumis à une certaine pression et que cette pression décroit quand on descend dans la cheminée pour devenir nulle au niveau de la plaque inférieure.

Si on enlève la plaque supérieure, la pression au sommet de la cheminée devient subitement égale à la pression atmosphérique et comme la pression décroit le long du conduit une dépression s’exerce sur la plaque inférieure.

Si on ouvre la bas de la cheminée, tout en maintenant la température dans le conduit, la colonne de gaz chaud montera de plus en plus vite pour atteindre un maximum et sa vitesse ne changera plus.

La dépression créée ou tirage de la cheminée est calculée par :

ΔPch = g x h x (ρair – ρgaz)

où,

  • ΔPch = tirage de la cheminée [Pa]
  • g ≈ 9,81 m/s² = accélération de la pesanteur [m/s²]
  • h = fauteur de la cheminée [m]
  • ρair et ρgaz = masses volumiques de l’air à la température extérieure et des fumées [kg/m³]

Donc plus la cheminée est haute et plus les fumées sont chaudes, plus le tirage est important.

Régulateur de tirage

Le tirage dans la cheminée est fonction de sa hauteur et de la différence de température entre l’air extérieur et les fumées. Cette dernière est variable en fonction de la saison.

La pression différentielle au niveau du raccordement de la chaudière et donc au niveau du brûleur varie donc. Comme presqu’aucun brûleur pulsé (gaz ou fuel) n’adapte la vitesse de son ventilateur en conséquence, l’amenée d’air comburant est donc influencée par les conditions atmosphériques. Il en va de même pour l’échange de chaleur dans la chaudière (les fumées sortent plus vite et plus chaudes de la chaudière) et donc pour le rendement de combustion.

Le rôle du régulateur de tirage est de compenser cette fluctuation. Il peut être motorisé ou non motorisé. Dans ce deuxième cas, il est composé d’un clapet circulaire ou carré placé sur un axe excentrique. Un contre-poids réglable permet d’ajuster l’ouverture en fonction de la dépression.

Régulateur de tirage.

Si le tirage augmente (entraînant une perte de rendement de combustion), le régulateur de tirage s’ouvre et mélange les fumées avec de l’air de la chaufferie. Le volume de gaz aspiré par la cheminée augmente et la température diminue. Il y a donc moins de tirage.

Le tirage reste ainsi quasiment constant au niveau du raccordement de la chaudière.

Améliorer la machine frigorifique
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer la machine frigorifique [Climatisation]

Améliorer la machine frigorifique

Les principes à suivre

Les projets d’amélioration peuvent poursuivre plusieurs objectifs :

  • réduire la consommation d’énergie,
  • limiter la pointe de puissance quart-horaire,
  • améliorer la maintenance de l’installation.

Objectif 1 : réduire la consommation d’énergie de l’installation frigorifique

Prenons l’exemple d’une installation où l’évaporateur refroidit la boucle d’eau glacée alimentant les ventilo-convecteurs. Il est possible d’envisager 3 niveaux d’intervention : le local, la boucle d’eau glacée et la machine frigorifique (chiller).

  • La mesure la plus évidente consiste à réduire le besoin de rafraîchissement des locaux, entraînant de facto la mise au repos du compresseur !

Améliorer

 Rehausser la température intérieure.

Concevoir

 Installer des stores extérieurs

 Évaluer

Limiter les puissances d’éclairage.

Gérer

 Limiter les débits de ventilation.
  • La diminution des pertes en ligne du fluide réfrigérant ou de l’eau glacée constitue un deuxième axe de réflexion : isolation des conduites, augmentation de la température du réseau d’eau,…

 

  • Pour diminuer le travail du compresseur, il faut diminuer le taux de compression, entre la pression d’évaporation et la pression de condensation. Or la thermodynamique nous montre que ces pressions de fluide frigorigène correspondent toujours à des niveaux de température du fluide. Diminuer le travail du compresseur, c’est donc diminuer l’écart de température entre évaporateur et condenseur. En pratique, on cherchera donc à augmenter la température à l’évaporateur (utiliser de l’eau glacée moins froide) et à diminuer la température au condenseur (profiter d’un air refroidisseur à plus basse température).

3°C en plus à l’évaporateur, c’est 10 % de consommation en moins.

3°C en moins au condenseur, c’est 10 % de consommation en moins.

Ces valeurs sont des valeurs moyennes; la diminution de consommation suite à la hausse de la température à l’évaporateur est de 2 % par degré pour les compresseurs à piston, de 3 % par degré pour les compresseurs centrifuges et de 4 % par degré pour les compresseurs à vis (source : « Energy Audit of building systems », M. Krarti, CRC Press).

Ces modifications seront faites en concertation avec le constructeur du matériel, car chaque machine est conçue pour fonctionner dans des plages données. De plus, la responsabilité du constructeur sera dégagée si les paramètres de fonctionnement sont modifiés sans son accord.

  • Limiter le fonctionnement du compresseur à charge réduite car en dessous de 20 % de sa puissance nominale, le rendement de production de froid d’une machine frigorifique s’écroule ! Par un fractionnement de la puissance installée, par un entraînement à vitesse variable, … il faut adapter la puissance à la demande.

 

  • On peut également chercher les solutions qui permettraient de se passer de l’installation frigorifique ! On pense tout particulièrement aux périodes d’hiver ou de mi-saison pour lesquelles un by-pass de l’installation peut être envisagée : ce sont les techniques de « free chilling ».

 

  • Il est également possible de préchauffer l’eau chaude sanitaire ou l’air de ventilation : ce sont les techniques pour récupérer la chaleur évacuée au condenseur.

Objectif 2 : réduire la pointe de courant électrique appelée par l’installation

On sait que les bâtiments climatisés ont avantage à bénéficier de la tarification électrique dite « horo-saisonnier ». Mais celle-ci pénalise certaines heures de la journée (tout particulièrement les « heures de pointe » en hiver). Et tous les tarifs privilégient la consommation d’électricité nocturne.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur le tarif de la facture électrique.

Aussi, une gestion de la charge par délestage ou par déplacement des périodes de fonctionnement doit être étudiée. C’est dans ce but de produire du froid la nuit que sont installés des bâches d’eau glacée ou des bacs à glace. Un étalement de la charge frigorifique est ainsi réalisé et permet dès lors un sous-dimensionnement de la puissance installée et un fonctionnement plus régulier des compresseurs. Elle sous-entend malheureusement des pertes énergétiques supplémentaires suite au stockage du froid. Cette technique est intéressante par le lissage du profil de la consommation électrique.

Gérer

 Pour en savoir plus sur le délestage.

Gérer

 Pour en savoir plus le déplacement des périodes d’utilisation.

Remarque : les pompes de circulation des groupes froids sont souvent surdimensionnées. Le réseau d’eau glacée doit fonctionner avec un écart de température de l’ordre de 5K (ex : départ 7° – retour 12°). Si, par temps très chaud, le régime 7° -12° tourne en réalité à 7° – 9°, le surdimensionnement de la pompe dépasse 2. Or, les puissances étant proportionnelles au cube des débits, un surdimensionnement par 2 entraînera une consommation multipliée par 8 !
Pour réaliser ces économies potentielles d’électricité, on pensera à adapter les vitesses aux besoins.

Objectif 3 : améliorer la maintenance de l’installation

L’amélioration de la régulation peut également avoir pour objectif de privilégier le bon fonctionnement du matériel, en diminuant ainsi le risque de panne et en améliorant la longévité du matériel.
Contrôler la surchauffe, vérifier le sous-refroidissement, mesurer l’intensité électrique appelée, …

Améliorer

 Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un secret dans ce domaine : si l’installation a été bien mise au point initialement, la meilleure solution consiste à mesurer tous les paramètres de l’installation et à les comparer d’année en année. C’est « par rapport à elle-même » que l’on peut au mieux juger la qualité d’une installation frigorifique.

Gérer la durée de fonctionnement de l’installation frigorifique

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.

Programmation horaire

A l’aide d’une horloge, il est utile de 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 dispose d’un système de régulation numérique, il peut être encore plus utile 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 quart-horaire. Si nécessaire, il faudra anticiper la période de démarrage afin d’éviter un appel de puissance anormal.

Seuil de fonctionnement en fonction de la température extérieure

Il est possible de n’enclencher le groupe de froid que pour un seuil de température extérieure minimal suffisant. Par exemple, la machine frigorifique ne peut s’enclencher que si la T°ext dépasse 13°C. Ce verrouillage par un thermostat peut bloquer l’enclenchement en période de mi-saison, s’il est remarqué que la surchauffe intérieure est passagère et sera traduite en économie de chauffage une fois le soleil reparti.

On vérifiera préalablement que des besoins non liés à la température extérieure ne sont pas présents.

Une telle action peut également se concevoir pour le deuxième compresseur mis en cascade. Il est utile de l’empêcher de démarrer le lundi matin pour 1/4 d’heure !

Coupure de l’alimentation des carters des compresseurs à pistons

Il est intéressant de couper l’alimentation du chauffage des carters pendant la période d’arrêt de la réfrigération. Il s’agit d’une puissance de l’ordre de 100 Watts généralement, qui est mise en service à l’arrêt du compresseur. Tout l’hiver, ces 100 Watts seront donc consommés inutilement.

Attention : une période de chauffage du carter de 24 h est nécessaire avant le démarrage du compresseur, pour préchauffer l’huile. À défaut, des dégâts sérieux peuvent être occasionnés au compresseur.

Pour être complet, signalons que certains considèrent que ce chauffage permanent évite que de l’humidité ne corrode les parties électriques du compresseur. On consultera donc le fournisseur du matériel avant de prendre une décision.

Limiter les pertes des réseaux

Stopper la circulation d’eau glacée dans les circuits non demandeurs en hiver, dans les bâtiments où une partie du réseau doit fonctionner toute l’année.

Si les besoins de froid d’hiver sont limités à un local ou un ensemble déterminé de locaux, refroidir ces locaux par un système indépendant (ex: utilisation des splits de secours présents dans le local informatique pour arrêter le système de refroidissement principal pendant l’hiver : c’est lui qui sera le secours en cas de défaillance des splits).

Stopper les installations la nuit et les W-E, si pas de besoin

Cette proposition doit être étudiée avant d’être appliquée.

Si le bâtiment est très peu inerte, l’installation doit être stoppée la nuit. Le refroidissement naturel nocturne sera favorable (il peut même être favorisé par une ventilation nocturne accélérée, si des taux horaires de renouvellement d’air supérieurs à 4 sont possibles). Tout arrêt nocturne entraîne systématiquement des économies énergétiques puisque les pertes de maintien sont annulées. Et ceci, même si ultérieurement il faudra remettre la boucle d’eau glacée en régime.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur l’ exploitation du pouvoir rafraîchissant de l’air extérieur.

Par contre, un bâtiment très inerte accumulera dans ses parois une quantité importante de chaleur. Un fonctionnement nocturne de la climatisation (à bas prix du kWh électrique) permettrait de le décharger de la chaleur excédentaire avant le début de la journée suivante. A défaut, la chaleur devra être évacuée au matin, entraînant une puissance appelée supplémentaire.

Remarque : couper l’installation par périodes de fortes chaleurs pourrait poser problème (sauf réserve de puissance importante pour la relance, condenseur surdimensionné,… ). Autrement, au moment de réenclencher, le pressostat de la haute pression risque de déclencher car la demande est trop importante…

Augmenter la température de départ de la boucle d’eau glacée

D’abord une maintenance de l’installation

L’évaporateur doit être régulièrement détartré. La meilleure indication consiste à suivre l’écart entre la T°évaporation et la T°eau glacée.

Valeur test

En général, si l’écart entre T°évaporation et la T°eau sortie évaporateur > 6 à 7 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si l’écart subsiste après le nettoyage, il faut envisager l’extension de la surface de l’évaporateur.

Améliorer

 Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Un régime de fonctionnement adapté à une période canicule !

Le bureau d’études a dimensionné l’installation afin de répondre aux conditions extrêmes de température extérieure (+/- 32°C) et d’ensoleillement (ciel serein). Par exemple, il a prévu pour la boucle d’eau glacée le régime : départ 6° – retour 12°.

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.

De plus, l’air ambiant condense en dessous de 12°C environ. Beaucoup d’énergie du compresseur est donc consacrée à déshumidifier l’air dans les échangeurs, déshumidification qui n’est pas toujours nécessaire (on parle d’une consommation de chaleur latente). Faire travailler l’eau froide au régime 12° – 18° est beaucoup plus efficace. Mais la puissance frigorifique de l’échangeur diminue puisque le delta T° diminue … Il faudra donc surdimensionner l’échangeur du ventilo-convecteur, par exemple. Donc un investissement plus élevé au départ, mais un coût d’exploitation nettement plus faible ensuite durant toute la durée de vie de l’appareil.

Un ventilo-convecteur fonctionnant au régime 6°-12° consomme environ 30 % de son énergie pour déshumidifier l’air ambiant…

Comment augmenter la température du régime d’eau glacée ? Diverses adaptations de l’installation sont possibles afin de mieux « coller » aux besoins variables.

Partons d’une installation correctement dimensionnée pour vaincre la demande extrême.

1ère possibilité : réaliser une température glissante sur le départ de l’évaporateur

Imaginons que la charge thermique du local n’atteigne que la moitié de la charge nominale. La vanne va progressivement se fermer jusquà ne laisser passer (en première approximation) que 20% du débit d’eau à 6°C.

On pourrait dès lors remonter le départ d’eau de la machine frigorifique à 9°C. La vanne s’ouvrirait à 33%.

On voit qu’il reste de la marge de fonctionnement à l’équipement puisque seul un départ à 12°C donnerait une vanne totalement ouverte.

En réalité, la vanne ne serait pas encore totalement ouverte car l’échangeur augmente d’efficacité suite au fait qu’il ne perd moins d’énergie à déshumidifier l’air. Si de plus on prend en compte que l’échangeur est probablement surdimensionné, on est tout à fait du côté de la sécurité !

Conclusions : on peut sans crainte adopter le régime suivant pour le départ de l’eau froide : 6° en été, 9° en mi-saison, 12° en hiver. Le plus simple est de tester le fonctionnement avec ces valeurs… et de les augmenter l’année suivante encore, s’il n’y a pas de plaintes !

Remarque : Pour que cette solution convienne, il faut :

  • Que le profil de consommation du bâtiment soit 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. Quant aux apports solaires, ils sont en moyenne liés à l’évolution de la température extérieure pour les façades Est et Ouest (c’est en été que température et soleil sont au maximum), de même que pour les apports des surfaces vitrées horizontales. Par contre, sur une façade Sud, le soleil est plus important en mars qu’en juillet !

 

  • Que tous les échangeurs (ventilos, par exemple) du circuit puissent fonctionner dans ces conditions.

 

  • Avoir des compresseurs qui autorisent une température d’évaporation suffisamment élevée et disposer d’une régulation de commande disponible (certaines machines « standards » ne donnent pas accès à la modification de la température d’eau de départ –> consulter le fabricant).

En fait, agir sur la température de départ de l’eau glacée suppose une bonne connaissance de son installation et de l’origine des apports à vaincre. Par exemple, il sera très utile de suivre l’évolution de l’écart de température (départ – retour) de l’eau glacée durant l’année : un départ 6° – retour 8° en hiver suivi d’un régime 6° – 11° en été est signe qu’il est possible de remonter la température de départ en hiver, puisque les besoins sont faibles.

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 (sonde extérieure, par exemple).

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : on ne régule pas l’installation avec les seules vannes thermostatiques. Un régulateur avec courbe de chauffe adapte d’abord la température de départ en fonction de la sonde extérieure.

Exemple d’application : les centres informatiques

L’évolution actuelle de la performance de l’équipement informatique entraîne généralement une baisse des consommations d’énergie et donc des puissances thermiques à évacuer. Si jadis on dimensionnait à plus de 400 W/m², on table actuellement sur 150 W/m². Les anciennes installations, à présent surdimensionnées, verront donc favorablement leur température de départ d’eau glacée augmenter. À noter : attention à la puissance des ventilateurs, prévus pour transporter la puissance d’origine, car ils risquent de constituer à présent une partie importante de la charge frigorifique !

2ème possibilité : réaliser des réseaux 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 informatique (avec des besoins constants toute l’année) et dont la puissance de l’émetteur est juste suffisante : il devra toujours être alimenté à 6°. Si par ailleurs, plusieurs locaux de bureaux 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 « bureaux ».

Parallèle avec le chauffage des bâtiments : 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°…!

Remarque : si les émetteurs sont équipés de vannes 2 voies pour régler leur débit, une régulation d’ensemble par la GTC (Gestion Technique Centralisée) permettrait de créer un « découpage virtuel » de l’installation et de piloter les émetteurs par groupes de locaux, en fonction de l’orientation, de l’usage, des horaires, des températures de consigne, etc…

3ème possibilité : maintenir les températures de retour les plus hautes possibles

Cette technique nécessite des éléments terminaux (comme les ventilo-convecteurs, les centrales d’air, les sous-stations, …) régulés avec des vannes deux voies (régulation par le débit). 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 qui doit toujours dépasser une certaine valeur, soit par la pression.

Par opposition à la 1ère 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 de retour (régime 6/14 ou 6/16 par exemple). La température moyenne de fonctionnement à l’évaporateur est augmentée, ce qui est favorable.

Remarque.

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°-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.

Améliorer la régulation de puissance du compresseur

Vérifier la surpuissance éventuelle

Pour vérifier l’ordre de grandeur de la puissance installée, un ratio (très approximatif !) de 100 W/m² peut situer les besoins d’un immeuble de bureaux. La puissance totale du bâtiment ainsi trouvée sera multipliée par 2/3 pour tenir compte de la non-simultanéité des besoins. On peut en déduire un éventuel surdimensionnement qui renforce le besoin de découpage de la puissance.

Attention : il est possible que le gestionnaire souhaite un dédoublement de la puissance pour des raisons de sécurité (on place alors 2 machines au lieu d’une, ou deux compresseurs de 100% de la puissance raccordés sur des condenseurs indépendants). L’essentiel est alors de vérifier qu’ils ne s’enclenchent pas tous les 2 à la relance du matin pour 15 minutes…

La machine frigorifique s’adapte mal aux bas régimes…

Une diminution de 25 % de la puissance frigorifique du groupe ne réduit la puissance électrique absorbée que de 10 % en moyenne !

Il est donc préférable que le compresseur soit découpé en plusieurs niveaux de puissances (par exemple, via un découpage en plusieurs compresseurs).

De plus, l’enclenchement d’un grand groupe peut générer une pointe de puissance électrique importante. Ce sera particulièrement coûteux si l’enclenchement se fait en hiver, alors que le bâtiment est sous le tarif horosaisonnier !

Si l’idéal est la régulation par variation de vitesse du compresseur, la mise hors-service de cylindres est une méthode assez répandue parmi les techniques de modulation de la puissance sur une installation existante.

En pratique une vanne magnétique est posée sur la tête de culasse, ce qui rend inopérant un des cylindres qui travaille dans le vide.

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.

Mais toute intervention sur une installation existante doit avoir l’aval du constructeur (par exemple, un abaissement de vitesse peut modifier dangereusement le régime de lubrification).

Concevoir

 Pour plus de détails, consultez le choix de la régulation de la machine frigorifique.

Créer un ballon tampon

En effet, le 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.

On sera attentif à la position de la sonde de régulation par rapport au ballon. Par exemple, réguler le compresseur en fonction de la température du ballon-tampon lui-même est une bonne solution. En tous cas, la sonde ne doit pas se trouver en amont du ballon. Lorsque l’utilisateur démarre, le train de chaleur qu’il génère dans l’évaporateur doit être absorbé par le ballon avant que la sonde ne le détecte.

Ainsi l’inertie du ballon aura bien été valorisée.

On dimensionne un ballon tampon de telle sorte que son stockage corresponde à 5 à 10 minutes de la consommation en eau glacée.

Supprimer la régulation par injection des gaz chauds

Le réglage par « injection des gaz chauds« , doit être qualifié de « pur anéantissement d’énergie ». Dans ce cas, la puissance absorbée reste la même lorsque la puissance de réfrigération diminue. De plus, il provoque un échauffement du moteur. Dans la mesure du possible, il faut mettre ce système hors service dans les installations existantes.

La régulation par « injection des gaz chauds » est une aberration, puisque pour maintenir le débit constant dans l’évaporateur, on « fait fonctionner le compresseur sur lui-même ». Mais cette technique évite tout risque de gel dans l’évaporateur.

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 !

L’injection de gaz chauds est rencontrée en climatisation sur des groupes avec un compresseur n’ayant pas de système interne de régulation de puissance, sur des petits chillers et des systèmes à détente directe (roof-top, par exemple) : c’est absolument à proscrire.

Cette technique est présente sur le terrain puisque voici ce que nous a écrit un installateur frigoriste à ce sujet :

« Il est vrai qu’en terme de régulation le principe est évidemment à proscrire, mais il est très fréquent que nous utilisions l’injection de gaz chauds lorsque nous intervenons chez des clients qui ont très peu soin de leur installation : batteries ou filtres d’évaporateurs pas nettoyés.

Ceci afin d’éviter la formation de givre important sur les batteries,… et les problèmes d’écoulement qui s’en suivent (les bacs d’écoulement de certaines marques de climatiseurs ne peuvent contenir ce flux massif d’eau, ainsi que les pompes de relevages de condensats qui ne sont pas prévues pour évacuer autant d’eau, d’où les débordements).

Nous utilisons également l’injection de gaz chauds lorsque nous installons une unité extérieure sur deux unités intérieures et que nous n’avons pas affaire à des compresseurs inverter ou à deux compresseurs dans l’unité extérieure. Ces réalités sont très fréquentes car le coût d’installation est un critère de choix pour le client final. Nous le mettons toutefois en garde du très mauvais rendement énergétique lorsque seule une unité intérieure sur les deux est utilisée. En prévoyant l’injection de gaz chaud sur ce type d’installation, nous savons que, heureusement, dans la majeure partie du temps d’utilisation de la climatisation, les deux unités intérieures sont utilisées en même temps (chaque circuit d’unité intérieure est muni d’une vanne magnétique). »

Quels sont les indices de l’existence d’une telle régulation ? On aura des soupçons si l’on constate que le compresseur ne s’arrête pratiquement jamais. Et on vérifiera alors s’il y a présence d’équipements raccordant la haute pression (sortie compresseur) et la ligne d’aspiration (entrée évaporateur). Ensuite, on appelle le frigoriste !

Alternatives

  • Il faut absolument la remplacer, idéalement par la vraie solution actuelle, la variation de vitesse du compresseur (INVERTER). L’investissement est plus élevé bien sûr, mais l’économie d’énergie résultante permet d’amortir facilement l’investissement.

 

  • Une modulation de puissance par l’usage de solénoïdes pour délester certains cylindres permet des économies substantielles (consulter un frigoriste).

 

  • À défaut, prévoir 2 à 3 plus petites machines en centrale.

Augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur

Si le compresseur déclenche régulièrement par période de forte chaleur, c’est suite au pressostat HP (Haute Pression) : la condensation se fait à trop haut niveau de pression.

Le frigoriste risque malheureusement de diagnostiquer une insuffisance de puissance de l’installation (ce qui est exact) et de proposer un remplacement par un compresseur plus puissant. Mais la nouvelle installation sera surpuissante toute l’année…

Si le fabricant l’autorise, il vaut mieux augmenter le seuil de pression de déclenchement du compresseur. La machine frigorifique pourra alors continuer à fonctionner, tout en donnant temporairement une puissance frigorifique plus faible que sa valeur nominale. L’inconfort résultant sera limité.

On étudiera également si ce n’est pas le condenseur qui est sous-dimensionné par rapport au compresseur : une augmentation de surface de condensation améliorera le rendement toute l’année.

Une supervision par régulation numérique

La régulation numérique (ou digitale) est en plein essor ces dernières années.
Cette fois, ce n’est plus le câblage qui va déterminer les séquences mais bien le programme inclus dans l’automate programmable ou le régulateur du groupe.
Il s’agit en fait une gestion globale du système qui vient se superposer à celle des équipements frigorifiques.

La régulation d’ensemble en sera fortement améliorée :

  • possibilité de modifier les points de consignes, les horaires de fonctionnement, …. à distance,
  • création d’alarme avant que les conséquences ne soient perçues de l’occupant,
  • 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 (via l’historique enregistré),
  • estimation des performances, de l’énergie consommée, …
Exemples.

  • Chez Delhaize, on met en place un délesteur de charge sur les groupe 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 !
  • Certains régulateurs peuvent abaisser la température de consigne durant les 2 dernières heures de nuit. Les produits stockés « emmagasinent » du froid, ce qui permet de retarder l’enclenchement au tarif de jour. À noter que ce système augmente légèrement la consommation d’énergie mais permet des économies financières.

Améliorer le fonctionnement du condenseur et de la tour de refroidissement

Principe de base : abaisser la température de condensation

Abaisser la température de condensation, c’est abaisser le niveau de pression à la sortie du compresseur, c’est donc diminuer le travail de celui-ci et l’énergie qu’il consomme. On considère qu’abaisser la température de condensation de 1°C génère environ 3 % d’économie.

Abaisser la température de l’air extérieur

L’emplacement du condenseur doit éviter un réchauffement local de l’air. Par exemple, un condenseur placé sur une toiture couverte de roofing noir entraînera une surchauffe locale de l’air de plusieurs degrés en période d’ensoleillement … Le fait de répandre du gravier blanc sur la toiture et sous le condenseur sera favorable.

L’emplacement du condenseur devra éviter un ensoleillement direct de l’échangeur. Si le placement à l’ombre est impossible, le placement d’un système d’ombrage permettra d’abaisser le niveau de température.

Eviter la recirculation de l’air aspiré

Si le condenseur est situé trop prêt d’une paroi, l’air expulsé par le ventilateur centrifuge risque d’être rebouclé vers l’aspiration : de l’air chaud se mélange à l’air froid, la température de l’air d’aspiration augmente, … de même que la température de condensation.

  

Comment s’en rendre compte ? En se plaçant entre la paroi et le condenseur lorsque celui-ci est à l’arrêt. Au démarrage du condenseur, on ne peut sentir l’arrivée de chaleur. À défaut, on utilisera la poire à fumée.

Favoriser l’échange de chaleur

Valeur test

Pour un condenseur à eau, si l’écart entre T°condensation et la T°eau sortie condenseur > 6 à 10 K, il y a encrassement et donc chute de rendement. Si le dT° dépasse 15 K, il faut envisager l’extension de la surface du condenseur.

Pour un condenseur à air, l’écart entre la température de condensation et la température de l’air à l’entrée doit être de l’ordre de 15 à 20 K à pleine charge. A charge partielle, le delta T° doit diminuer proportionnellement.

Remarque : pour connaître la température de condensation, lire la haute pression, et se référer tableau de correspondance température/pression du fluide frigorigène (Exemple pour le R22, R134a et R407c).
  •   Par un nettoyage régulier des ailettes (condenseurs à air), tout particulièrement à l’automne, avec la chute des feuilles. Nettoyage à l’air comprimé (si l’épaisseur des ailettes est inférieure à 0,15mm), ou à l’eau à faible pression si présence de boues (attention à la fragilité des ailettes, diriger le jet bien perpendiculairement au condenseur).

 

  • Par un détartrage régulier des conduites (condenseurs à eau). Si une tour ouverte est installée, un adoucisseur d’eau s’impose.

Améliorer

 Pour plus d’infos sur les mesures de maintenance à mettre en œuvre.

Modifier la régulation du condenseur

Nous devrions avoir des excellents rendements dans nos régions où les canicules sont rares ! La température extérieure avoisine les 12 à 20°C lorsque la clim est en route. La température de condensation devrait être de l’ordre 24 à 32°C. Mieux, certains locaux à charges internes importantes (par exemple, les salles informatiques) doivent être aussi climatisés en mi-saison ou encore en hiver. Dans ce cas, lorsque la température de l’air extérieur diminue, la capacité de refroidissement du condenseur augmente.

En théorie, c’est tout bénéfice pour le compresseur qui a moins de mal à travailler !

Et pourtant …

Problème avec les détendeurs thermostatiques

Le constructeur souhaite qu’une différence de pression minimale existe au niveau du détendeur, pour assurer une quantité de débit de fluide frigorifique suffisante dans l’évaporateur. C’est la Haute Pression qui pousse le réfrigérant à travers l’orifice de la vanne du détendeur. Il en résulte, avec une haute pression trop faible, que l’alimentation en réfrigérant est insuffisante, particulièrement au démarrage. Le compresseur aspire mais il est sous-alimenté.

La basse pression devient aussi insuffisante et le groupe se met en sécurité Basse Pression. Mais comme cette sécurité est à réenclenchement automatique, le groupe « pompe », se fatigue et finalement déclenche par son thermique.

Avec un détendeur thermostatique, il est donc nécessaire de maintenir une Haute Pression suffisamment élevée. Dès lors, le constructeur impose une pression minimale, côté HP, à la sortie du condenseur (par exemple 12 bars pour le R22).

Ce problème est renforcé en hiver… Si l’air est à 0°C, la surface d’échange devient excessive. De plus, on n’aura plus besoin de la pleine puissance frigorifique. De sorte que le condenseur sera largement surdimensionné pendant les périodes froides.

S’il fait plus froid dehors, le constructeur va diminuer le débit d’air de refroidissement (en arrêtant l’un ou l’autre ventilateur, par exemple), mais il va maintenir le niveau de pression ! en fait, la régulation des ventilateurs sera réalisée sur base du pressostat HP.

Il y a économie sur le ventilateur… mais pas sur le compresseur !

Première amélioration : travailler avec un ventilateur à vitesse variable ou une cascade de ventilateurs

Supposons que le ventilateur du condenseur fonctionne en tout ou rien, avec l’exigence constructeur de maintenir les 12 bars minimum.

Par exemple, il s’enclenche lorsque la pression monte à 16 bars et déclenche lorsque la pression descend à 12 bars. Ceci entraîne des cycles on-off « rapides » (+/- 2 min.) et une « fatigue » du moteur. En plus la mise en route brutale du ventilateur provoquera une chute soudaine de la pression et de la température de condensation. Ceci provoque à son tour une ré-évaporation du liquide resté à la même température. Les bulles de vapeur provoqués par ce phénomène peuvent perturber le bon fonctionnement du détendeur et donc de l’installation (« flash gaz »).

Si par contre, on utilise un ventilateur à vitesse variable (moteur spécial ou régulateur de vitesse de rotation externe), en plus de la réduction de consommation du ventilateur, on optimisera le fonctionnement du compresseur qui restera régulé à 12 bars (dès que la pression augmente, le ventilateur accélère; et si la charge augmente encore, c’est la pression qui augmente naturellement).

Si le condenseur dispose de plusieurs ventilateurs, on obtient un résultat similaire à partir d’une mise en cascade des ventilateurs, via un pressostat à plusieurs étages. Cette fois, la pression de condensation est stable, ce qui évite la formation de bulles de gaz à l’entrée de l’évaporateur.

Remarque : installer la vitesse variable sur les ventilateurs existants peut demander le remplacement du moteur du ventilateur.

Cas particulier

Comme le condenseur est entièrement à l’extérieur, par très basse température, c’est toute la masse métallique qui est à 0°C et, même clapets complètement fermés, le réfrigérant se condense à trop faible pression. Il faut dans ce cas rendre inopérants un certain nombre de tubes.

Pour les rendre inopérants, il suffit de remplir d’office certains tubes avec du réfrigérant liquide. Ce réfrigérant liquide sera sous-refroidi mais la surface d’échange utile du condenseur ayant fortement diminué, il ne pourra en condenser trop. Ce remplissage est obtenu par une vanne à 3 voies fonctionnant automatiquement et branchée sur un réservoir auxiliaire de réfrigérant.

Comme il faut une certaine quantité de liquide pour remplir ces tubes, il y a lieu de prévoir un réservoir et une quantité de réfrigérant suffisamment grande.

Exemple.

Un climatiseur devant fonctionner pour des températures extérieures inférieures à 17°C doit être équipé d’un ventilateur de condenseur à vitesse variable. La diminution de vitesse du ventilateur est alors commandée par un pressostat ou un thermostat placé sur le condenseur. La puissance d’échange de celui-ci est ainsi maintenue constante quelle que soit la saison.

Au minimum, le fonctionnement du ventilateur sera commandé en tout ou rien. Idéalement la vitesse sera modulée, soit en continu, soit par paliers.

Deuxième amélioration : travailler avec un détendeur électronique

Si le détendeur thermostatique travaille généralement avec une température minimale de condensation de 35°C, le détendeur électronique peut travailler avec une température minimale de condensation de 20°C !

Détendeur électronique.

Il est plus cher à l’investissement, mais ce prix est largement récupéré par l’usage de l’installation.

De plus, la présence d’un détendeur numérique permet d’optimiser la température de condensation en fonction de la charge du compresseur.

Exemple.

Voici la séquence prévue par un constructeur de régulation :

A 100 % de puissance, l’écart « température de condensation – fluide de refroidissement » est choisi à 12 K.

A 0 % de puissance, l’écart est de 4 K : la consommation du compresseur est diminuée par la baisse de pression de condensation et le ventilateur adaptera sa vitesse de rotation pour maintenir cette consigne. L’écart n’est pas de 0 K, car les ventilateurs tourneraient tout le temps.

Exemple 

si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 36°C
si la T°ext = 30°C et Travail compresseur = 50 %, la T°condensation = 38°C
si la T°ext = 20°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = 26°C

si la T°ext = 10°C et Travail compresseur = 25 %, la T°condensation = … 20°C car c’est la valeur minimale de condensation.

Remarque.

Adopter une température minimale de condensation de 20°C suppose que le sous-refroidissement soit suffisamment élevé.

A défaut, la moindre perte de charge sur le tracé va provoquer une vaporisation dans le condenseur (« flash-gaz »). C’est parfois un problème rencontré lorsqu’il faut remonter plusieurs mètres avec la tuyauterie.

Pour s’en prémunir, il est possible de sous-refroidir volontairement le liquide par la création d’une zone de sous-refroidissement dans le condenseur (voir figure), ou en plaçant un échangeur à plaques sur le liquide (à la sortie).

Régulation de la tour de refroidissement d’un condenseur à eau

La tour de refroidissement est commandée suivant la même logique : maintenir constante la température de l’eau de refroidissement du condenseur.

Classiquement, on retrouvera une régulation par vanne 3 voies diviseuse : l’eau de sortie du condenseur est partagée entre l’échangeur de la tour et le retour vers le condenseur. Si ce système permet de conserver le débit constant dans le condenseur (ce qui limite le dépôt de sédiments), il est peu efficace au niveau des ventilateurs : ceux-ci tournent en permanence, quels que soient les besoins de refroidissement. Or le coût de fonctionnement des ventilateurs est loin d’être négligeable…

Aussi est-il préférable de concevoir une installation qui régule d’abord sur le nombre et la vitesse des ventilateurs (ventilateur à 2 vitesses, ou idéalement, ventilateur à vitesse variable), pour ensuite affiner en modulant sur la position de la vanne diviseuse.

N’oublions pas que toute l’installation de climatisation est dimensionnée pour les jours de canicule. Hélas, ces jours sont rares dans nos contrées…! Il est donc facile d’imaginer que les besoins réels moyens seront largement en dessous des puissances de dimensionnement.

Réduire la vitesse du ventilateur de moitié, c’est diviser sa consommation par 8 !

Enfin, tout utilisateur d’une tour de refroidissement qui utilise celle-ci en hiver doit se poser la question de la pertinence de refroidir l’eau glacée sans intervention de la machine frigorifique : c’est la technique du free-chilling.

Placer des compteurs sur l’installation existante

Placer un compteur horaire sur l’installation en prévision de son remplacement futur !

Toutes les installations sont surdimensionnées. Or un camion consomme toujours plus qu’une camionnette… Si l’on sait en plus que le fonctionnement d’un compresseur à faible charge est toujours difficile, il est vraiment utile de mesurer le fonctionnement moyen actuel.

La mise en place d’une installation de puissance adéquate et d’une régulation performante demande de connaître la puissance effective nécessaire en fonction des saisons. Aussi, on placera un simple compteur horaire sur l’alimentation électrique du compresseur pour connaître le temps de fonctionnement et donc la puissance moyenne demandée. Avec quelques relevés lors des opérations de maintenance, le concepteur pourra mieux choisir la nouvelle machine frigorifique, lors du remplacement de la machine actuelle.

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… Mais ce problème est surtout rencontré en secteur industriel. Idéalement, on enregistrera la puissance demandée, en relevant en parallèle la source des apports thermiques.

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 glacée 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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Normes en matière de confort thermique

Normes en matière de confort thermique

Sans être exhaustif en ce domaine, on peut citer :

NBN X 10-002 : ergonomie – ambiance thermiques

Objet et domaine d’application

Spécifications relatives aux appareils et méthode de mesure des caractéristiques physiques de l’environnement ».

La norme a pour objet :

  • De spécifier les caractéristiques minimales des appareils de mesure des caractéristiques physiques d’une ambiance,
  • De préciser les méthodes de mesure des caractéristiques physiques de cette ambiance.

Cette norme pourra servir de référence pour la constitution :

  1. D’un cahier des charges pour les constructeurs et les utilisateurs d’appareils de mesure des paramètres physiques de l’environnement,
  2. D’un document contractuel entre deux parties pour la mesure de ces paramètres.

Elle s’applique à l’étude des ambiances chaudes, confortables ou froides en tout endroit occupé par l’homme.

NBN X 10-003 ou ISO-7243 : ambiances chaudes

Objet et domaine d’application

« Estimation de la contrainte thermique de l’homme au travail, basée sur l’indice WBGT ».

La norme spécifie une méthode d’estimation de la contrainte thermique subie par une personne placée en ambiance chaude, permettant un diagnostic rapide et qui soit facilement utilisable en milieu industriel.

Elle s’applique à l’évaluation de l’effet moyen de la chaleur sur l’homme pendant une période représentative de son activité, mais elle ne s’applique ni à l’évaluation des contraintes thermiques subies pendant de très courtes périodes, ni à l’évaluation des contraintes thermiques proches des zones de confort.

L’indice WBGT (de l’anglais Wet Bulb Globe Température) est l’un des indices empiriques représentatifs de la contrainte thermique à laquelle un individu est soumis. Il est facile à déterminer dans un environnement industriel.

NBN X 10-005 ou ISO 7730 : ambiances thermiques modérées

Objet et domaine d’application

« Détermination des indices PMV et PPD, et spécification des conditions de confort thermique ».

La norme a pour objet :

  1. De présenter une méthode de prévision de la sensation thermique et du degré d’inconfort (insatisfaction thermique) des personnes exposées à des ambiances thermiques modérées.
  2. De spécifier des conditions d’ambiances thermiques acceptables pour le confort.

La norme s’applique aux hommes et aux femmes en bonne santé exposés à des ambiances intérieures où le confort thermique est recherché, ou s’écartant peu des zones de confort. La norme peut être utilisée pour concevoir de nouvelles ambiances ou pour évaluer les ambiances existantes.

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.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Augmenter l’isolation thermique de la toiture plate


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Comment isoler une toiture existante non isolée ?

Le plus souvent possible on réalisera une toiture chaude en plaçant l’isolant en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus).

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée  au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver.

On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

On peut également poser l’isolant au-dessus d’une membrane d’étanchéité existante, on réalise ainsi une toiture inversée.

On préférera la toiture chaude à la toiture inversée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On devra également réaliser une toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

La toiture inversée peut être envisagée :

  • lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut être récupérée (économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité),
  • lorsque le support tolère la charge du lestage,
  • lorsque les rives du toit sont suffisamment hautes pour déborder d’au moins 5 cm le bord supérieur des panneaux isolants,

  • et lorsque la forme de la toiture n’est pas trop compliquée (impossibilité de réaliser des remontées de l’isolant d’une toiture inversée).

Dans le cas d’une toiture inversée, on veillera à ce que le support ait une masse d’au moins 300 kg/m² (+/- 13 cm de béton armé) afin de parer au risque de condensation du fait de l’eau de pluie froide.
L’eau qui s’infiltre sous l’isolant entraîne des déperditions calorifiques. Le déphasage entre le début des précipitations et la chute maximale de la température en sous-face du plafond augmente en fonction de l’inertie thermique qu’offre le support. Si celle-ci est importante, la suspension de la fonction isolante ne se fait sentir que très progressivement et retarde l’apparition de la condensation de surface. Dans le cas contraire, le risque augmente.
Les toitures inversées de type léger (tôles profilées par exemple) sont sujettes après quelques minutes à des phénomènes de condensation en sous-face lorsque des précipitations coïncident avec des humidités relatives élevées à l’intérieur du local.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous la membrane d’étanchéité avec comme conséquence, de la condensation interne.

Que faire d’une toiture isolée par l’intérieur ?

C’est le cas lorsque la toiture est une toiture froide, lorsque l’isolant se trouve accroché sous le support ou lorsqu’il existe un faux plafond isolant sous la toiture.

Toiture froide.

Isolation sous le support.

Faux plafond isolant.

Étant donné la difficulté de réaliser un pare-vapeur continu, la vapeur d’eau de l’ambiance risque de former de la condensation dans la toiture. De plus, le support est soumis aux chocs thermiques.

Si la toiture est suffisamment isolée, que l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre (fissures, humidité, …), y compris interne, ne se manifeste, on peut éventuellement conserver le système existant.

Lorsque dans le cadre d’une rénovation, l’isolation d’une toiture froide existante doit être renforcée, il faut transformer cette toiture en toiture chaude et enlever l’isolant ancien.

Dans les deux autres cas (isolation sous le support ou faux plafond isolant) c’est à dire lorsqu’il n’y a pas de ventilation d’air extérieur entre l’isolant et le support, si l’usage des locaux n’est pas modifié et qu’aucun désordre interne ou externe ne se manifeste, l’isolation peut être renforcée en conservant l’isolant et en ajoutant une nouvelle toiture chaude (pare-vapeur + isolant + étanchéité) sur la toiture existante.
Lorsque la membrane d’étanchéité existante est encore suffisamment bonne pour servir de pare-vapeur, et lorsqu’elle est encore suffisamment accrochée au support pour assurer la stabilité au vent du complexe de couverture si celui-ci n’est pas lesté, on peut la conserver. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Il sera, en général, plus difficile de transformer la toiture froide en toiture inversée, car les supports des toitures froides sont souvent légers et ne supportent pas l’augmentation du poids du lestage nécessaire.

Que faire si un faux plafond est nécessaire ?

Si le faux plafond est ajouré et n’est pas isolé, il ne contribue en rien à l’isolation thermique du complexe de toiture. Il ne provoquera aucun problème de condensation.

Si le faux plafond est muni d’un matelas isolant, il risque d’y avoir de la condensation sur la face inférieure du support de la toiture dans certaines conditions d’utilisation des locaux sous-jacents. L’isolant du faux plafond doit idéalement être retiré.

Toutefois, si pour des raisons d’efficacité acoustique le matelas ne peut être enlevé, on s’arrangera pour que son épaisseur soit la plus faible possible, et on rapportera sur la toiture une épaisseur d’isolation supplémentaire pour déplacer le point de rosée au-dessus du pare-vapeur.

La somme des résistances thermiques des couches situées sous le pare-vapeur ne peut excéder 30 % de la résistance thermique globale, sinon le point de rosée risque de se trouver sous le pare-vapeur avec comme conséquence, de la condensation interne.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture chaude ?

Lorsque l’isolant de la toiture existante est pris en sandwich entre 2 étanchéités (le pare-vapeur en dessous et la membrane au-dessus), on appelle cela une toiture chaude.

Il se peut que l’isolation de cette toiture soit insuffisante parce que :

  • soit l’épaisseur de l’isolant est insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE,
  • Soit, l’isolant est dégradé (humidité, écrasement, rupture, délaminage, retrait excessif…) et n’assure plus sa fonction.

Il convient alors de l’améliorer.

1. Si l’isolant est dégradé :

  • L’étanchéité et l’isolant doivent être complètement enlevés.

 

  • Le pare-vapeur peut être conservé sauf s’il est mal accroché ou si le support lui-même est dégradé, il peut servir de protection relative et provisoire du bâtiment en attendant la pose d’un nouveau système de couverture, dans le cas contraire, il doit être enlevé.

 

  • Les rives sont éventuellement adaptées à la nouvelle épaisseur d’isolant.

 

  • On réalise un nouveau système de couverture isolée, de préférence une toiture chaude, sinon une toiture inversée.

2. Si l’isolant est en bon état et bien accroché :

  • L’isolant est conservé ainsi que la membrane d’étanchéité, lorsque celle-ci est encore suffisamment accrochée au support pour résister au vent.

 

  • Une nouvelle toiture chaude est posée sur la couverture existante.

Lorsque la membrane d’étanchéité existante est récente et peut-être récupérée, et lorsque le support tolère la charge d’un lestage, on peut réaliser une toiture combinée en plaçant une toiture inversée sur la toiture chaude existante on réalise ainsi l’économie d’une nouvelle membrane d’étanchéité.

On préférera la toiture chaude à la toiture combinée pour sa facilité d’entretien, particulièrement lorsque l’environnement est fortement boisé (chute des feuilles, germination et développement de plantes).

On préférera également la toiture chaude lorsque le lestage du complexe isolation-étanchéité n’est pas possible à cause du manque de portance du support.

Comment renforcer l’isolation thermique d’une toiture inversée ?

Lorsque l’isolant est situé au-dessus de la membrane d’étanchéité, il s’agit d’une toiture inversée.

Il se peut que l’épaisseur de l’isolant soit insuffisante en fonction de nouvelles exigences URE.

Il faut s’abstenir d’ajouter une nouvelle couche d’isolant sur l’isolant existant, pour éviter des problèmes de condensation interne dans l’isolant (en général de la mousse de polystyrène extrudé – XPS). L’isolant existant doit donc être enlevé et remplacé par un isolant plus épais. On réalise ainsi une nouvelle toiture inversée, identique à la première mais thermiquement plus performante.

La mousse de polystyrène extrudé existe en épaisseur courante jusque 14 cm. Au-delà, une fabrication spéciale s’impose. On ne dépasse généralement pas 18 cm d’épaisseur. Pour atteindre des performances thermiques élevées, il sera nécessaire de réaliser une toiture chaude comme ci-dessous, ou une toiture combinée.

Étant donné que l’isolant existant doit de toute façon être retiré, on peut également réaliser une nouvelle toiture chaude, à plus forte raison si la membrane d’étanchéité est en mauvais état et doit être remplacée. La membrane existante peut servir de pare-vapeur, si elle est encore suffisamment bonne pour cette fonction. On fait ainsi l’économie du pare-vapeur et du démontage de l’ancienne membrane d’étanchéité.

Quelques choix en fonction de situations existantes

Cas 1

Le toit plat lesté (gravier, dalles sur plots, dalles drainantes, …), de forme pas trop compliquée et encore intact, peut être isolé économiquement en conservant l’étanchéité et en y superposant une couche de panneaux en mousse de polystyrène extrudé de façon à créer une toiture inversée, ou une toiture combinée (toiture existante déjà partiellement isolée).

Le lestage doit être retiré et remis en place.
Les fermetures et raccords doivent éventuellement être adaptés.

Il faut vérifier si le support a une masse d’au moins 300 kg/m² et si la somme des résistances thermiques des couches situées sous l’étanchéité n’excède pas 30 % de la résistance thermique globale.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.
Le toit plat non lesté dont l’étanchéité est intacte ne peut être transformé en toiture inversée que si le support de la toiture est capable de porter le lestage.

Cas 2

Lorsque l’étanchéité est intacte ou vétuste, mais qu’aucun désordre ne s’est produit. Le support (ou l’isolant dans le cas où la toiture est déjà isolée mais insuffisamment) n’ont pas été mouillés. L’étanchéité existante peut être récupérée comme pare-vapeur et l’isolant est posé sur l’ancienne étanchéité elle-même recouverte d’une nouvelle étanchéité, sur le principe de la toiture chaude.
Les couches de protection lourde seront remises en place ou, si nécessaire, remplacées pour des raisons de détérioration ou de changement d’utilisation. En cas de protection légère, l’accrochage des différentes couches devra être assuré.

Cette méthode ne découvre pas le bâtiment pendant la période des travaux.

Cas 3

Lorsque la toiture plate est dans un état de détérioration tel qu’il soit impossible de réutiliser l’une ou l’autre des couches, il faut réaliser une nouvelle toiture isolée. On préférera la pose d’une toiture chaude qui est adaptée à toutes les contraintes.

Le remplacement de la toiture met le bâtiment à découvert pendant les travaux. C’est pourquoi cet ouvrage ne doit être envisagé que s’il n’est pas possible de faire autrement (cas 1 et 2).

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir l’emplacement des luminaires dans les salles de sports

Règles particulières à 1 sport

Dans certains sports, certaines directions de vision se présentent plus fréquemment. On peut parler de directions principales et secondaires.

Il faudra veiller à limiter l’éblouissement en évitant un flux lumineux orienté dans la direction du regard principal.

Il faudra éviter de placer des luminaires inclinés en bout de terrain. Ceux-ci seront à proscrire s’il s’agit de lampes à décharge haute pression dont la luminance moyenne est 20 à 30 fois supérieure à celle des lampes fluorescentes.

Dans le cas d’une installation avec tubes fluorescents, on placera les luminaires parallèlement à la direction principale.

Dans le même but, la norme EN 12193 recommande :

Types de sport

Recommandations pour l’emplacement des luminaires
Badminton Aucun luminaire ne devrait se situer dans la partie du plafond située au-dessus de l’aire de jeu principale.
Nettball Aucun luminaire ne devrait se situer dans la partie du plafond comprise à l’intérieur d’un cercle de 4 m de diamètre centré au droit du panier.
Tennis Aucun luminaire ne devrait se trouver dans la partie du plafond située au-dessus du rectangle de marquage prolongé de 3 m derrière les lignes de fond.
Volley-ball Aucun luminaire ne devrait se situer au plafond, au moins dans la partie directement au-dessus de l’aire du filet.

L’Afe recommande de ne pas disposer une ligne de luminaires dans l’axe longitudinal d’une surface d’évolution. Il est conseillé de préserver une bande d’environ 6 m de large, centrée sur cet axe longitudinal.

La salle omnisports

Dans la salle omnisports, les appareils d’éclairage sont disposés en même temps pour différents terrains de sport dont les tracés au sol s’entremêlent.

Les luminaires seront donc répartis uniformément de manière à éclairer tous les terrains.
Pour éviter l’éblouissement direct, on évitera de placer des luminaires inclinés. Avec des lampes à décharge haute pression, l’inclinaison est tout à fait à proscrire.

Les directions principales des différents terrains peuvent être perpendiculaires entre elles. Il n’est donc pas possible d’éviter certains emplacements comme expliqué dans « les règles particulières à un seul sport ». On peut néanmoins privilégier certains terrains et respecter au mieux les règles pour ceux-ci.

Climatisateur
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer le fonctionnement d’un climatiseur

Climatisateur

L’emplacement du thermostat d’ambiance

La température ambiante du local conditionné est régulée au moyen d’un thermostat d’ambiance agissant sur le fonctionnement du compresseur. Le ventilateur de soufflage est soit commandé en même temps que le compresseur, soit fonctionne en continu. Ce deuxième mode de fonctionnement est plus favorable au confort car il entretient un brassage continu de l’air et prévient toute stagnation inconfortable d’air chaud ou froid. Mais il suppose que l’appareil soit de bonne qualité au niveau acoustique.

L’emplacement du thermostat joue un rôle important sur la consommation et sur le confort. Il doit être placé à un endroit représentatif de la température moyenne du local, c’est-à-dire éloigné des sources chaudes ou froides (lampe, fenêtre en été, zone ensoleillée, dans la zone de soufflage de l’appareil, …). Le placer dans le local sera donc préférable que de le placer dans la bouche de reprise.

Dans le cas contraire, il devra être étalonné.

Exemple.

Le thermostat est placé à l’extrémité d’un bureau, dans la zone d’influence du climatiseur, mais éloigné de la zone d’occupation habituelle. Lorsque celui-ci mesure 28°C, une température de 24°C règne à l’endroit où les personnes se trouvent.

Les occupants, croyant agir alors correctement, risquent d’abaisser le thermostat jusqu’à 24°C, entraînant une chute de la température ambiante inconfortable et des surconsommations inutiles.

La commande du thermostat doit donc être étalonnée pour être représentative de l’ambiance réelle.

Zones à proscrire pour l’implantation de la sonde de régulation.

    1. Influence d’une source chaude.
    2. Influence de l’air extérieur.
    3. Influence de l’ensoleillement.
    4. h < 1 m.
    5. h > 2 m.
    6. Influence de l’air soufflé.

L’emplacement de la commande du thermostat et sa facilité de manipulation jouera un rôle sur la gestion efficace de l’ambiance par l’occupant. Par exemple, si la commande se trouve sur l’évaporateur disposé au plafond, l’occupant ne prendra pas la peine d’ajuster la consigne de température…

La programmation des heures de fonctionnement

Au simple contrôle de la température ambiante doivent s’ajouter, pour assurer un fonctionnement économique, des fonctions de programmation de l’occupation, avec arrêt et reprise éventuellement anticipées de manière intelligente.

À défaut de programmation incorporée à l’appareil, on peut imaginer l’insertion d’une horloge hebdomadaire sur le raccordement électrique de l’équipement afin d’éviter tout usage inutile la nuit et le week-end.

Le réglage de la température de consigne

Consigne compensée en fonction de la température extérieure

En été, si l’air est calme, la zone de confort correspond à une température de l’air comprise entre 23°C et 26°C, pour des occupants en tenue légère de travail.

Idéalement, le climatiseur devrait pouvoir profiter d’une régulation de température de consigne compensée en fonction de la température extérieure. Ce lien, qui est automatisé dans les installations complètes de conditionnement d’air, doit être réalisé manuellement pour les climatiseurs.

Ainsi, un écart de 6°C maximum sera créé, afin de ne pas provoquer de « choc thermique » inconfortable lors de l’entrée dans le local.

Il revient donc à l’occupant consciencieux de modifier manuellement la consigne de température en fonction de la température extérieure. Pour des raisons d’économies d’énergie et de confort, on ne peut maintenir une consigne de température à 22°C, par exemple, si la température extérieure est de 32°C. Dans ce cas la consigne doit être ajustée à 26°C au minimum.

Création ou augmentation de la zone neutre

Si l’appareil est réversible (chaud et froid), il sera très important de réaliser une « zone neutre » de 2 à 3 degrés entre les consignes de chauffage et de refroidissement, afin d’éviter tout pompage de l’installation et de profiter du volant thermique du local.

Ci-contre, un exemple de risque de destruction d’énergie puisque les deux régulations sont indépendantes : le chauffage peut fonctionner et entraîner l’enclenchement du climatiseur situé juste au-dessus de lui.

Régulation par palier plutôt que par « ON-OFF »

La présence d’une cascade sur l’enclenchement des résistances chauffantes, la régulation progressive via par un variateur de puissance (résistance électrique) ou par une vanne (batterie à eau chaude) entraînera un meilleur confort, une stratification de températures plus faible et donc une consommation moindre. De même, une régulation à vitesse variable sur le motocompresseur sera bénéfique.

La diminution de la consommation par chaleur latente

Si +/- 80 % de la puissance frigorifique du climatiseur sert à éliminer la chaleur sensible de l’air (refroidir), de l’ordre de 20 à 25 % de sa consommation sert à l’élimination d’une partie de la chaleur latente (déshumidifier).

En fait, c’est la vapeur d’eau contenue dans l’air qui condense au contact de la batterie froide (température du fluide frigorifique < température de rosée de l’ambiance). La présence d’une conduite d’évacuation des condensats en est la conséquence…

Est-ce nécessaire ?

Le confort thermique de l’homme est peu sensible à l’humidité de l’air, du moins si le taux d’humidité relative reste compris entre 40 et 70 %.

En été, le fonctionnement du climatiseur abaissera le degré d’humidité sous 70 %, ce qui sera donc favorable au confort.

Mais l’abaissement en dessous de 65 % sera coûteux et sans impact supplémentaire sur le confort…

De plus, en hiver, si le climatiseur fonctionne en vue de combattre des apports thermiques d’équipements (ordinateurs, éclairage, … ), il risque d’abaisser le taux d’humidité sous les 40 %, entraînant l’irritation de la gorge ou des yeux. De plus, des niveaux d’humidité relative trop bas peuvent poser des problèmes pour le bon fonctionnement des imprimantes et photocopieuses (électricité statique). Un humidificateur d’appoint sera alors parfois placé !

Est-ce évitable ?

Un appareil dont la taille de l’évaporateur a été réduite au maximum fonctionne avec des températures de fluide frigorifique très basses. Ceci entraîne non seulement une surconsommation électrique, mais aussi une déshumidification encore plus importante de l’air.

Lorsque les apports de chaleur à vaincre proviennent d’équipements, il ne faut donc pas hésiter à surdimensionner l’évaporateur par rapport au condenseur. Par exemple, si les besoins frigorifiques sont de 3,5 kW, on peut choisir un évaporateur de 5 kW.

Cela dit, sur un petit climatiseur existant, il n’est pas possible de modifier le régime de fonctionnement qui est réglé d’usine. On peut seulement y être attentif si on envisage son remplacement (sur base d’une analyse des apports en eau dans le local, d’une analyse de l’importance des condensats sur l’appareil existant et de la mesure de l’humidité de l’ambiance).

Par contre, si l’armoire de climatisation est raccordée à une boucle d’eau glacée, il est possible d’agir en augmentant la température de consigne de l’eau glacée !

La maintenance régulière de l’appareil

La durée de vie du climatiseur est liée à la durée de vie du compresseur.
Il est évident que moins celui-ci travaille en dehors de ses conditions de rendement nominal, plus sa durée de vie sera longue.

Le rendement du compresseur chutera si :

  • La consigne de température du local est trop basse par rapport à la température de dimensionnement (24°… 26°).
  • Le débit d’air dans l’évaporateur est trop faible, soit parce qu’on a diminué la vitesse du ventilateur pour des questions de bruit, soit parce que les filtres sont encrassés.

Remarquons que la présence de givre sur l’évaporateur (due à une chute de la température du fluide réfrigérant sous 0°C) est un indice d’encrassement des filtres de l’évaporateur.

  • Le débit d’air au condenseur est trop faible, principalement à cause de l’encrassement des filtres. Dans ce cas le condenseur ne sait plus évacuer sa chaleur vers l’extérieur, la température du fluide frigorigène augmente et le travail du compresseur aussi.

Remarquons que la performance du condenseur est liée à la température de l’air extérieur. Plus celle-ci sera élevée, moins le condenseur sera efficace. Ainsi lorsque le condenseur est situé sur une toiture sombre, la température de l’air extérieur peut atteindre 40°, tandis qu’à l’ombre elle n’est peut-être que de 30°. Mais ceci doit être pensé lors de la conception.

En résumé, on peut dire que l’encrassement des filtres peut faire chuter l’efficacité frigorifique du climatiseur de 30 … 40 %. Malheureusement, cette perte de puissance ne sera constatée que lors des très grosses chaleurs (moins de 8 jours par an). Le reste de l’année (moins chaude), le climatiseur fournira le confort requis, mais au prix d’une surconsommation et en mettant en péril la vie de l’appareil. On peut estimer que la durée de vie d’un climatiseur chute de plus de 50 % s’il n’a jamais été entretenu.

Ainsi chaque mois, le filtre de l’évaporateur doit être nettoyé. Cette périodicité d’entretien est de une à deux fois par an pour le condenseur, surtout si des arbres (feuilles mortes) sont situés près de l’équipement.

Pour plus d’infos …

Concevoir

 Qualitéle choix d’un climatiseur.

Améliorer

 Sur les la maintenance des équipements de climatisation : « maintenance de la climatisation en général« .
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la consommation d’un système de climatisation à eau glacée et à eau perdue

Évaluer la consommation d'un système de climatisation à eau glacée et à eau perdue

Préalable

On prend ici un comme exemple le milieu hospitalier pour effectuer cette comparaison. Plus spécifiquement, on considère un local technique de commande, de calcul et de régulation d’un scanner se trouvant dans le local adjacent. Il pourrait tout aussi bien s’agir d’un local central de laboratoire regroupant des congélateurs, d’une banque de sang au bloc opératoire, d’une banque de lait en Maternité, …Le but est de comparer les consommations et les coûts d’un système de climatisation à eau perdue par rapport à un système de puissance équivalente à eau glacée.

On prend en compte un certain nombre de données et d’hypothèses.

Données

  • l’apport thermique des armoires électroniques est de 3.5  kW;
  • les conditions de température interne sont de 23°C et externe de 35°C;
  • le prix du kWh électrique est de 16 c€;
  • le prix du m³ d’eau de ville est de 1.5 €;
  • le scanner fonctionne 10 heures par jour, 5 jours par semaine tout au long de l’année (soit 2600 heures par an). En considérant que l’installation frigorifique

Hypothèses

Le local technique :

  • est sans apport d’air neuf;
  • est sans occupant;
  • a des déperditions dans les parois constante;
  • a des apports internes constants (les congélateurs, les banques de sang, … fonctionnent en permanence).

Climatisation à eau perdue

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau perdue.

Schéma climatisation d' un local en eau perdue.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant.

Pour une unité dont on tire 3.5 kW froid :

  • le débit d’air normal est de 550 m³/h à température ambiante de 23°C et 50 % d’humidité ;
  • le débit d’eau perdue à 15°C en entrée et 25°C en sortie du condenseur à eau perdue est de 0.136 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur est de 55 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur est de 850  W;
  • un COP (pour une température d’ambiance de 23°C et de 15°C d’eau de ville) de l’ordre de 4.4;
  • un COPA évalué à 2

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation du ventilateur + consommation du compresseur

= (Puissance du ventilateur + Puissance du compresseur) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA / COP)

= (0.055 + 0.85) x 2 600 x (2 / 4.4)

= 1 069 kWh/an

> Calcul de la consommation annuelle d’eau de ville

= débit [m³/h] x nombre d’heure x (COPA/COP)

= 0.136 [m³/h] x 2 600 x (2 / 4.4)

= 160 m³/an

> Calcul du coût de consommation annuel du climatiseur à eau perdue (consommation électrique + eau perdue)

Coût annuel = 1 069 [kWh/an] x 0.16 [€/kWh] + 160 [m³/an] x 1.5 [€/m³]

= 411 €/an

Climatisation à eau glacée

La figure ci-dessous représente la configuration que l’on rencontre lorsqu’on climatise un local en eau glacée.

Schéma climatisation d' un local à eau glacée.

> Les données suivantes sont tirées d’un catalogue de fabricant

Pour une cassette plafonnière dont on tire 3.3 kW froid couplée à une unité de production de 5.7 kW (l’unité la plus petite de la gamme):

  • le débit d’air normal de la cassette plafonnière est de 760 m³/h;
  • la puissance électrique absorbée du ventilateur de la cassette est de 110  W;
  • la puissance électrique absorbée par le ventilateur du condenseur extérieur est de 150 W;
  • la puissance électrique absorbée par la pompe de circulation d’eau glacée est estimée à 20 W;
  • la puissance électrique absorbée du compresseur du groupe de production à charge réduite est de 1 150  W (la puissance de l’évaporateur de la machine frigorifique s’adapte à la demande de la cassette plafonnière);
  • un COP (pour une température extérieure de 35 °C en régime 7/12°C de l’ordre de 3;
  • un COPA évalué à 1.5.

> Calcul de la consommation annuelle pour une puissance de 3.5 kW froid

L’énergie consommée par l’équipement [kWh]

= consommation (ventilateur extérieure + compresseur + ventilateur de la cassette + pompe)

= (Puissance du ventilateur extérieur + Puissance du compresseur + Puissance du ventilateur de la cassette + Puissance de la pompe) [kW] x durée de fonctionnement [heure/an] x (COPA/COP)

= (0.150 + 1.15 + 0.11 + 0.02 ) [kWh] x 2 600 [heures] x (1.5 / 3)

= 1 859 kWh/an

> Calcul du coût de consommation annuel de l’installation (consommation électrique)

Coût annuel = 1 859  [kWh/an] x 0.16 [€/kWh]

= 297 €/an

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique [Concevoir – Froid alimentaire]

Récupérer la chaleur au condenseur de la machine frigorifique [Concevoir - Froid alimentaire]

Principe de fonctionnement

Une machine frigorifique transfère de la chaleur extraite d’une chambre froide, d’un meuble frigorifique ouvert, … vers l’extérieur. Il semble dès lors logique de tenter de récupérer la chaleur sur le condenseur de la machine frigorifique.

Fonctionnement du condenseur

En principe, trois opérations successives se passent dans le condenseur de la machine frigorifique :

Evolution des températures du fluide frigorigène et du fluide de refroidissement.

  1. Dans une machine frigorifique, les gaz qui sont expulsés par le compresseur en fin de compression sont à très haute température (de 70 à 80°C). On dit qu’ils sont surchauffés. Comme la condensation se fait à une température largement inférieure (aux alentours de 40°C, par exemple), une quantité de chaleur va devoir être évacuée des gaz surchauffés pour les amener à leur température de condensation qui correspond à la pression de refoulement (dite pression de condensation). C’est la désurchauffe.
  2. Puis lors de la condensation elle-même, une importante quantité de chaleur va aussi devoir être évacuée pour liquéfier (si possible complètement) le fluide frigorigène gazeux.
  3. Enfin, si les conditions des échanges thermiques dans le condenseur le permettent (température du fluide refroidisseur suffisamment basse, débit du médium de refroidissement suffisamment important), le liquide condensé va subir le sous-refroidissement, ce qui améliore le rendement de l’évaporateur.

Récupération de l’énergie

Dans certains cas, on pourrait envisager de récupérer cette énergie pour chauffer de l’eau ou de l’air, au lieu de la gaspiller en pure perte :

  • si on a des besoins en eau chaude sanitaire de température pas trop élevée (45° à 50°C);
  • si on a des besoins de chauffage pour des allées froides, des locaux contigus, …
  • si on veut éviter ou diminuer la puissance de climatisation du local des machines, ou faire des économies d’énergie sur ce poste;
  • si on veut participer à la lutte contre le réchauffement global de l’atmosphère.

La récupération de l’énergie du côté des condenseurs suppose évidemment des investissements supplémentaires par rapport à des machines classiques plus simples :

  • des échangeurs de condenseurs adaptés;
  • des réservoirs-tampons pour l’eau chaude sanitaire ou de chauffage;
  • une disposition plus compliquée des tuyauteries;
  • une bonne évaluation des pertes de charge dans les tuyauteries;
  • une régulation complète permettant le contrôle correct de toute l’installation, y compris des récupérateurs.

Étant donné les spécificités inhérentes à chaque projet, le rapport entre l’investissement et les économies d’énergie doit faire l’objet de calculs adaptés, à demander aux auteurs de projet. Il faut en effet considérer ensemble la machine frigorifique et les appareils de production d’eau chaude sanitaire ou de chauffage.

Le bilan doit prendre en compte :

  • l’apport d’énergie « gratuite » par la machine frigorifique,
  • le fait que l’on doit quand même disposer, en plus des récupérateurs, d’une puissance installée suffisante pour pallier les périodes où la machine frigorifique ne fonctionne pas,
  • la pénalisation énergétique apportée toute l’année par l’échangeur supplémentaire,
  • le cas où le condenseur de la machine frigorifique doit assurer à lui seul, l’évacuation de toute la chaleur (lorsqu’il n’y a pas de besoin d’énergie dans les récupérateurs, ou quand ces derniers sont arrivés à leur consigne maximale de température).
Exemple d’application très intéressante

Le plus logique est de récupérer la chaleur sur le condenseur à air pour chauffer directement l’air d’un local. Ainsi, un supermarché Delhaize à Bruxelles évacue la chaleur du condenseur du groupe frigorifique (armoires de congélation) en créant un rideau d’air chaud à l’entrée du magasin. En été, la chaleur est déviée en toiture par un clapet.

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’air

Le moins qu’on puisse dire, c’est que les idées de manquent pas quant à la récupération de la chaleur des condenseurs afin de chauffer l’ambiance des magasins directement ou des annexes indirectement.

La question traditionnelle qui revient dans les discussions est la suivant : « j’ai déjà payé mon électricité pour garder à basse température mes aliments, que puis-je faire de la chaleur des condenseurs ? C’est quand même idiot de la rejeter à l’extérieur en période froide alors que je dois en plus chauffer mon magasin ! ».

On se propose d’analyser, de manière théorique, différents cas souvent rencontrés dans les magasins d’alimentation, à savoir :

  • Des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle.
  • Des meubles frigorifiques fermés avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.
  • Des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation dans l’ambiance du magasin et un appoint venant d’une chaudière traditionnelle.
  • Des meubles frigorifiques ouverts avec le rejet de la chaleur de condensation à l’extérieur du magasin et le chauffage du magasin venant d’une chaudière traditionnelle.

Ici, on analyse les consommations énergétiques finales et primaires ainsi que le bilan CO2 des différentes configurations en tenant compte des valeurs de rendement et d’efficacité énergétiques des équipements :

  • La chaudière présente un rendement saisonnier sur PCI (Pouvoir Calorifique Inférieur) de 0.90 (valeur de la CWaPE ou Commission Wallonne Pour l’Énergie).
  • Le rendement global des centrales belges est de 55 % (selon la CWaPe). Dans cet exercices, on se place dans une situation défavorable, à savoir que le rendement moyen belge des centrales (en tenant compte du rendement des centrales nucléaires) est plutôt de 38 %.
  • 1 kWh de gaz consommé représente 251 g de CO2.
  • Le prix actuel du gaz est estimé à 0.05 €/kWh PCI.
  • Le prix de l’électricité est évalué à 0.11 €/kWh.

Sur base du principe  :

« La véritable économie d’énergie est celle que l’on ne consomme pas ! »

On ne recommandera jamais assez de fermer les meubles frigorifiques tout en rappelant qu’un meuble de 1 mètre de largeur (1 mètre linénaire) peut être comparé à un radiateur qui échangerait par convection et rayonnement de l’ordre de 800 W et représente les 2/3 de la demande de froid au niveau de l’évaporateur.

Il est sûrement l’heure de rappeler aussi que l’on a atteint le paradoxe de la chaîne alimentaire froide. En effet, on en arrive, depuis un certain temps, à réchauffer les « allées froides » des magasins et ce afin d’assurer le confort des clients.

« C’est une aberration énergétique criante ! »

Pour bien illustrer ce petit « coup de gueule », l’étude simplifiée qui suit montre les effets conjugués du succès des meubles frigorifiques d’ouverture de plus en plus imposante avec les effets négatifs qui vont de paire, à savoir :

  • le risque accru pour la conservation de la chaîne du froid;
  • l’inconfort évident des « allées froides ».

 Incorfort dans les allées froides.

Les principales valeurs de déperdition thermique du magasin en régime établi sont les suivantes :

  • Les déperditions au travers des parois et des entrées du magasin sont de 12 kW.
  • La puissance frigorifique nécessaire pour maintenir à température les denrées en froid positif est de 2 x 8 mètres linéaires (superette par exemple) de meubles linéaires ouverts représentant de l’ordre de 2 x 10 kW de froid à 4°C (température d’évaporation fixée à – 10°C).

Configuration 1 : meubles fermés, condenseurs dans une enceinte isolée

La configuration étudiée est la suivante :

  • Si les meubles frigorifiques de 2 x 10 kW sont équipés de portes vitrées au niveau des ouvertures, ils ne nécessitent plus que 2 x 3 kW de froid à l’évaporateur. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW. Pour le besoin du calcul énergétique, les compresseurs de 2 x 10 kW sont remplacés par des compresseurs 2 x 3 kW.
  • Les groupes de froid sont incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple). Il est clair que ce type de configuration, comme on le verra par la suite, est la moins mauvaise des solutions par rapport aux consommations énergétiques primaires (consommations à la centrale pour l’électricité et consommations de gaz pour la chaudière).
  • La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par « Bitzer software » de BITZER et « select 6 » de COPELAND).
  • La chaudière ne donne pas d’appoint de chaleur car, pour les besoins de l’exercice, on s’arrange pour avoir de faibles déperditions au travers des parois de l’enveloppe par une bonne isolation, un contrôle de la ventilation hygiénique, …

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que le rejet de 9,6 kW dans l’ambiance du magasin permet à la chaudière de ne pas être allumée et compenser, non seulement les 6 kW pris par les meubles frigorifiques, mais aussi les 3.6 kW de déperdition au travers des parois. On pourrait dire que c’est du chauffage électrique et, par conséquent, à énergie primaire importante (rendement moyen des centrales électrique de 38 %), la seule différence étant que si on compare ce mode de chauffage par rapport à une pompe à chaleur :

  • la source froide (la source d’où provient l’énergie) est chaude puisque dans l’ambiance;
  • à la consommation près du compresseur, l’énergie, « tournant » sur elle même, est utilisée pour refroidir les meubles frigorifiques et, après utilisation, est restituée à l’ambiance;
  • la chaleur de compression excédentaire sert en fait à compenser les déperditions au travers des parois de l’enveloppe.

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière 0 kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 1.8 x 2 = 5.6 kWh/h
Energie condenseur 4.8 x 2 = 9.6 kWh/h
Coût 5.6 x 0.11= 1 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 5.6 / 0.38= 14.7 kWh/h
CO2 23.1 x 0.251 = 3.7 kg/h de CO2

Configuration 2 : meubles fermés, condenseurs dans l’enceinte

La configuration étudiée est la suivante :

  • Si les meubles frigorifiques de 2 x 10 kW sont équipés de portes vitrées au niveau des ouvertures, ils ne nécessitent plus que 2 x 3 kW de froid à l’évaporateur. En effet, sur base de l’étude du bilan thermique des meubles ouverts, les pertes par l’ouverture représentent de l’ordre de 66 % de la puissance disponible à l’évaporateur. En fermant ces ouvertures, la puissance nécessaire à l’évaporateur est de l’ordre de 2 x 3 kW. Pour le besoin du calcul énergétique, les compresseurs de 2 x 10 kW sont remplacés par des compresseurs 2 x 3 kW.
  • Les groupes de froid sont incorporés dans les meubles et la chaleur évacuée par les condenseurs est réintroduite dans le magasin pour assurer le confort des clients (dans les allées froides par exemple). Il est clair que ce type de configuration, comme on le verra par la suite, est la moins mauvaise des solutions par rapport aux consommations énergétiques primaires (consommations à la centrale pour l’électricité et consommations de gaz pour la chaudière).
  • La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique (COP’s équivalents donnés par « Bitzer software » de BITZER et « select 6 » de COPELAND);
  • Un appoint de chaleur est nécessaire vu que l’enveloppe est moins performante que lors du cas précédent; c’est la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que malgré le rejet de 9,2 kW dans l’ambiance du magasin, la chaudière doit apporter 8,8 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière 8.4/0.9 = 9.3 kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 1.8 x 2 = 5.6 kWh/h
Energie condenseur 4.8 x 2 = 9.6 kWh/h
Coût 8.4 x 0.05 + 5.6 x 0.11= 1 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 8.4 + 5.6 / 0.38= 23.1 kWh/h
CO2 23.1 x 0.251 = 5.8 kg/h de CO2

Configuration 3 : meubles fermés, condenseurs à l’extérieur

La configuration étudiée est la suivante :

  • On garde les mêmes meubles frigorifiques avec des portes fermées.
  • Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.
  • La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22 °C pour un air externe moyenne sur l’année de 6 °C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après le même constructeur de compresseur.
  • Un appoint de chaleur est nécessaire. C’est toujours la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit apporter 16 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques fermés (soit 6 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière 18/0.9 = 20 kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 0.7 x 2 = 1.4 kWh/h
Energie condenseur 3.7 x 2 = 7.4 kWh/h
Coût 20 x 0.05 + 1.4 x 0.11= 1.2 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 20 + 1.4 / 0.38= 23.7 kWh/h
CO2 23.7 x 0.251 = 5.9 kg/h de CO2

Configuration 4 : meubles ouverts, condenseurs dans l’enceinte

La configuration étudiée est la suivante :

  • Le commerçant décide d’investir dans des meubles frigorifiques ouverts pour les mêmes produits et la même capacité en volume. Il est nécessaire de remplacer aussi les compresseurs dans le sens où les apports externes par induction de l’air au travers de l’ouverture des meubles peuvent atteindre 60 % des apports totaux. Ce qui signifie que la puissance nécessaire à l’évaporateur sera de l’ordre de 2 x 10 kW au lieu de 2 x 3 kW.
  • Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont dans l’enceinte du magasin afin que l’on puisse récupérer la chaleur au niveau des condenseurs.
  • La température de condensation des groupes condenseurs en interne est de l’ordre de 50°C afin de pouvoir chauffer l’air aux environs des 40°C pour une température d’air d’entrée au condenseur de 32°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur est de 1.66 d’après un constructeur de machine frigorifique.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que les compresseurs, vu leur performance médiocre (COP de 1.7), doivent évacuer plus de chaleur au niveau des condenseurs. Il en résulte que la chaudière, dans ce cas, n’a pas besoin de venir en appoint. La question clef est de savoir s’il faut récupérer la chaleur au prix de la dégradation de la performance énergétique des compresseurs ou l’inverse.

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière 0 kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 6 x 2 = 12 kWh/h
Energie condenseur 16 x 2 = 32 kWh/h
Coût 0 x 0.05 + 12 x 0.11= 1.32 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 0 + 12 / 0.38= 31.6 kWh/h
CO2 31.6 x 0.251 = 7.9 kg/h de CO2

Configuration 5 : meubles ouverts, condenseurs à l’extérieur

La configuration étudiée est la suivante :

  • On garde les mêmes meubles frigorifiques ouverts (2 x 10 kW).
  • Les groupes de froid (groupes condenseurs) sont placés à l’extérieur.
  • La température de condensation des groupes condenseurs en externe est de l’ordre de 22°C pour un air externe moyenne sur l’année de 6°C. Le coefficient de performance du groupe condenseur en externe est de 4.2 d’après le même constructeur de compresseur.
  • Un appoint de chaleur est nécessaire. C’est toujours la chaudière qui le donne.

Schéma

Performance des équipements

Le bilan thermique montre que, vu la bonne performance des compresseurs pour une température de condensation basse (COP de l’ordre de 4.2), les rejets de chaleur à l’extérieur sont limités. La chaudière doit apporter 32 kW pour maintenir un certain confort dans le magasin et compenser les déperditions de 12 kW au travers des parois et la perte de chaleur vers les meubles frigorifiques ouverts (soit 20 kW).

Bilan énergétique et CO2

Poste Calcul Unités
Energie finale (au niveau du magasin)
Energie chaudière 32/0.9 = 35.6 kWh/h
 

Energie compresseurs 

 

 2.4 x 2 = 4.8 kWh/h
Energie condenseur 12.4 x 2 = 24.8 kWh/h
Coût 35.6 x 0.05 + 4.8 x 0.11= 2.3 €/h
Energie primaire (à la centrale électrique)
Energie primaire 35.6+ 4.8 / 0.38= 48.2 kWh/h
CO2 48.2 x 0.251 = 12.1 kg/h de CO2

Conclusions

Tableau comparatif

Configuration Energie finale consommée chaudière [kWh/h] Energie finale électrique consommée [kWh/h] Energie primaire consommée [kWh/h] Coût de l’énergie [€/h] kg/h de CO2 Rejet de CO2

Configuration 1

 0 5.6 14.7 0.6 3.7 0

Configuration 2

 9.3 5.6

23.1

 1

5.8

 +57%

Configuration 3

 20 1.4 23.7 1.2 5.9 +59%

Configuration 4

 0 12 31.6 1.32 7.9 + 113 %

Configuration 5

 35.6 4.8 48.2 2.3 12.1 + 227 %

Choix des meubles frigorifiques fermés

La toute première conclusion à tirer est qu’il faut choisir des meubles frigorifiques fermés quel que soit le type de denrée exposé. À ce sujet, au risque de passer pour des doux rêveurs, c’est possible de choisir des meubles tant en « froid positif » qu’en « froid négatif »avec des portes sans trop de risque pour que le chiffre d’affaire tombe en chute libre.

Récupération faible par rapport aux besoins de chaleur

C’est le cas des configurations 1 et 2.
Le tableau comparatif précédent permet de tirer des  conclusions :

  • En période froide, l’impact de la récupération de chaleur au niveau des condenseurs sur le bilan énergétique est mitigé par rapport à la solution où les groupes de condensation (compresseur et condenseur) sont placés à l’extérieur permettant, par l’air de refroidissement externe, d’optimiser le cycle frigorifique (COP de 4.2).
  • Le principe d’abaisser la température de condensation reste de toute façon immuable.

Récupération importante par rapport aux besoins de chaleur

C’est la cas des configurations 3 et 4.
Le tableau comparatif précédent permet de tirer des  conclusions :

  • En période froide, même si la performance énergétique des compresseurs est dégradée (COP de 1.66), par le fait que la température de condensation (le condenseur se trouve à l’intérieur) est élevée, il est intéressant de récupérer l’énergie de condensation. L’optimum se situe naturellement lorsque la chaleur rejetée par les condenseurs équivaut aux déperditions des parois de l’enveloppe du commerce.
  • En plus de récupérer la chaleur, on aura donc intérêt à limiter au maximum les déperditions de l’enveloppe qu’elles soient sous forme :
    • d’une meilleure isolation;
    • d’un meilleur contrôle des infiltrations au niveau des portes d’entrée et des réserves;
    • d’une gestion efficace de la ventilation de l’air hygiénique.

Exemple

Delhaize, par exemple, a mis au point un système similaire à celui représenté sur les figures ci-dessous permettant de récupérer la chaleur en période froide mais dégradant la performance de la machine frigorifique.

Là où le bas blesse, lorsque les condenseurs sont incorporés aux meubles frigorifiques ou dans l’enceinte même du magasin, c’est que lorsque les déperditions au travers des parois s’inversent (période chaude, apport solaire important, …), il est nécessaire d’évacuer la chaleur des condenseurs à l’extérieur. Dans le cadre d’une installation de récupération de chaleur sur un condenseur à air, il n’est pas aisé de le réaliser.

 Schéma de principe en période froide (récupération); source : Delhaize.

Schéma de principe en période chaude (pas de récupération); source : Delhaize.

Remarques

La plupart des cas présentés ci-dessus, sont issus de cas réellement observés. Malheureusement, aucun monitoring des consommations n’est disponible à l’heure actuelle. A va de soi que le placement d’une batterie de chauffe au dessus de la tête des clients dans l’allée froide n’est pas un bon principe mais est juste utilisé comme moyen de provocation, d’interprétation ou de réaction des lecteurs. Ce principe donne les avantages et inconvénients suivants :
(+)

  • simple;
  • modulable;
  • …

(-)

  • nécessite des vitesses d’air plus importantes afin d’amener l’air chaud à environ 1.5 m du sol pour assurer un certain confort thermique des clients;
  • augmente l’induction de l’air chaud au niveau du rideau d’air car le mouvement de l’air dans cette zone est amplifié;
  • …

Application au chauffage du magasin ou des annexes par l’eau

Beaucoup de techniciens dans l’âme se retrouveront dans les configurations qui suivent sachant que tout un chacun recherche à récupérer un maximum d’énergie sur les consommations des groupes frigorifiques. De manière générale, il n’y a pas de solution miracle mais des solutions innovantes efficaces dans certaines conditions.

Récupération de la chaleur de refroidissement des gaz chauds du fluide frigorigène (CO2 pour chauffage au sol).

Configuration 1 : chauffage par air pulsé au pied des meubles

Cette configuration existe dans certains magasins Delhaize et est en cours de monitoring.
Elle se compose essentiellement :

  • D’un ballon de 1 000 litres constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin.
  • Le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente une batterie chaude de la centrale de traitement d’air.
  • La pulsion de l’air chaud s’effectue au niveau du pied du meuble frigorifique, assurant un certain confort au niveau de l’allée froide.
  • La reprise d’air de la centrale de traitement d’air se situe en hauteur.
  • La température d’air de pulsion au pied du meuble frigorifique peut être modulée en fonction de la température de reprise et de la température de l’air neuf nécessaire à la ventilation hygiénique.

En période froide :

  • Le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon.
  • Le condenseur à air assure la condensation résiduelle et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique).
  • La batterie chaude de la CTA (Centrale de Traitement d’Air) réchauffe l’air neuf mélangé à l’air de reprise pour la pulser au pied des meubles frigorifiques. Attention que le fait de pulser cet air à proximité des rideaux d’air des meubles pourrait augmenter les apports par induction du meuble.

En période chaude :

  • En principe, on ne devrait plus réchauffer l’air de pulsion au pied des meubles. En pratique, il se fait que l’ouverture des meubles étant de plus en plus importante, le refroidissement de l’air ambiant est véritablement présent et inconfortable pour les clients; d’où la tendance actuelle à réchauffer l’air même en été.

« Voilà un bon exemple de destruction d’énergie à grande échelle! »

  • Le condenseur à air assure l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

 Régime en période froide.

 Régime en période chaude.

Configuration 2 : Chauffage par le sol dans les allées froides

Cette configuration est à creuser. Toutes les réalisations ou idées à ce sujet sont les bienvenues.

Elle se composerait essentiellement :

  • D’un ballon constituant un condenseur à eau dont le secondaire est branché sur le collecteur principal de la chaufferie. Le primaire est en série avec le condenseur à air classique situé sur le toit du magasin.
  • Le condenseur à eau, via le collecteur de chauffage, alimente un réseau de chauffage au sol au niveau de l’allée froide.
  • D’une chaudière d’appoint raccordée sur le collecteur principal.

En période froide :

  • Le condenseur à eau réchauffe l’eau du ballon.
  • Le condenseur à air assure la condensation résiduelle et même un certain sous-refroidissement (ce qui permet d’améliorer la performance de la machine frigorifique).
  • Le réseau de chauffage au sol assure un chauffage rayonnant dans l’allée froide. Cette configuration peut être intéressante dans le sens où la chaleur rayonnant devrait influencer moins les meubles frigorifiques qui sont principalement sensibles aux apports par induction d’air (mélange convectif entre l’air de l’ambiance et celui du rideau d’air du meuble).

En période chaude :

  • Le condenseur à air assurerait l’évacuation de la chaleur de condensation.

Schéma

 Régime en période froide.

 Régime en période froide.

Intérêt ou pas du chauffage au sol

Parmi les avantages et les inconvénients du chauffage par le sol en association avec les meubles frigorifiques positifs ouverts en position verticale, on pointera principalement :
(+)

  • Le chauffage au sol apporte principalement de la chaleur par rayonnement. Or en froid positif, les principaux apports qui influencent prioritairement le bilan thermique et énergétique du meuble sont les apports par induction(mélange de l’air ambiant avec celui du rideau d’air froid). De plus, l’échange entre deux parois étant maximal lorsque celles-ci sont parallèles, les apports de chaleur dus au chauffage au sol seraient plus faibles.
  • Le confort devrait être optimal.
  • Les températures de condensation, pour ce type de chauffage, pourraient être basses.
  • …

(-)

  • La mise en œuvre d’un chauffage au sol est coûteuse.
  • Comme les magasins demandent une certaine flexibilité dans l’agencement des meubles frigorifiques, le chauffage au sol est un frein par rapport à cette flexibilité. Cependant, à la conception, il est possible par une bonne programmation de déterminer les emplacements dans les zones de vente où les meubles n’ont pratiquement aucune chance de bouger. De plus, il faut aussi tenir compte que les évacuations des condensats de dégivrage des meubles ainsi que les conduites liquides et gaz du circuit frigorifique sont souvent, eux aussi, figés voire encastrés dans le sol.

Application au préchauffage de l’eau chaude sanitaire

L’idée est ici de profiter d’un besoin de chauffage d’un fluide à basse température (la température de l’eau de ville varie entre 5° en hiver et 15°C en été. Mais le système ne fonctionnera bien que lorsque la puissance de récupération nécessaire est supérieure à la puissance fournie par le condenseur. Autrement dit, il faut que les besoins d’eau sanitaire soient très importants par rapport à la puissance de la machine frigorifique.

Ainsi, dans les commerces  où le froid alimentaire est nécessaire, les besoins d’eau chaude sanitaire peuvent être importants et une récupération de chaleur au condenseur se justifie tout à fait. Mais un ballon de préchauffage est propice au développement de la légionelle.

Il faut donc s’assurer que l’eau séjournera durant un temps suffisamment long dans le dernier ballon : 60°C durant 30 minutes ou 70°C durant 4 minutes, par exemple (en cas de débit de pointe, de l’eau « contaminée » risque de traverser seulement le 2ème ballon).

Configuration 1 : Un échangeur thermique parcouru par le fluide frigorigène est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude

Dans le système ci-contre, un simple échangeur thermique (placé en série et en amont du condenseur normal) est inséré au bas d’un ballon d’eau chaude. Par effet de cheminée, la chaleur sera donnée à la zone la plus froide du ballon puis communiquée à l’ensemble du réservoir.

On parle de condenseur-désurchauffeur parce que la désurchauffe des gaz provenant du compresseur auront lieu dans cet échangeur.

La réglementation impose le principe selon lequel il ne doit pas y avoir de contact possible entre le fluide frigorigène et l’eau potable. En cas de perforation de l’enveloppe du fluide, la détérioration éventuelle doit se manifester à l’extérieur du dispositif.

Dans l’échangeur ci-dessus, une double paroi de sécurité est prévue selon DIN 1988.

Configuration 2 : Un ballon intermédiaire à double échange est intégré comme interface

On peut également prévoir un système à double échange :

Deux échangeurs sont intégrés dans un même ballon (1). Le premier échangeur est celui du condenseur de la machine frigorifique, le deuxième est le serpentin de préchauffage de l’eau chaude sanitaire.

Dans ce ballon intermédiaire, il n’y a aucun risque de dépôt calcaire puisque l’eau n’est jamais renouvelée.

En cas de fuite de fluide frigorigène, la pression dans le ballon augmente et une alarme est déclenchée.

Un deuxième condenseur en série est nécessaire pour le cas où le besoin de chauffage de l’eau sanitaire serait insuffisant.

Configuration 3 : en présence d’une boucle de distribution

Le régulateur de température de départ de la boucle utilise l’appoint lorsque le niveau de température du ballon est insuffisant.

Un tel schéma (contrairement au précédent) risque cependant d’être propice au développement de légionelles, puisque le ballon de récupération peut être à une température inférieure à 60°C durant un temps assez long. Il n’est pas à recommander si des douches sont présentes dans l’installation.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’efficacité énergétique des chaudières

Chaudière en coupe, lorsque le brûleur est en fonctionnement et lorsqu’il est à l’arrêt : une partie de l’énergie contenue dans le combustible consommé est directement perdue par la chaudière.

Rendement de combustion

Le rendement de combustion d’une chaudière est l’image de la transformation complète du combustible en chaleur et de la transmission de celle-ci à l’eau de la chaudière.

Ordre de grandeur

Théoriquement, une chaudière moderne performante (sans condensation) et parfaitement réglée pourrait atteindre un rendement de combustion de 93-94 %, ce qui signifie que 5 % de l’énergie contenue dans le combustible est perdue sous forme de chaleur et d’imbrûlés dans les fumées.

Dans la pratique, un rendement de combustion de 93 % peut être considéré comme très bon.

À l’inverse, on peut considérer qu’une valeur de 88 % mérite une amélioration, sachant qu’une diminution de 1 unité (1 %) du rendement de combustion équivaut, en première approximation, à une surconsommation de 1 %.

Exemple.

Une chaudière de 400 kW consomme annuellement 60 000 m³ de gaz. Une amélioration du rendement de combustion de 1 %, par un meilleur réglage du brûleur permet d’économiser 600 m³ de gaz, soit environ 420 €/an (à 0,7 €/m³ de gaz).

Pour les chaudières à condensation récentes, le rendement de combustion pourrait atteindre des valeurs théoriques de l’ordre de 108 %.% sur PCI.

Origine possible d’un mauvais rendement de combustion

Un mauvais rendement de combustion d’une chaudière peut avoir pour origine :

  • un brûleur inadapté à la chaudière,
  • un mauvais réglage du brûleur,
  • un encrassement de la chaudière,
  • un tirage trop important de la cheminée,
  • des entrées d’air parasites,
  • ou tout simplement une chaudière de conception trop ancienne.

Évaluer le rendement de combustion d’une chaudière existante

Pour les chaudières au fuel : selon la fiche d’entretien

Actuellement, suivant la PEB chauffage, l’entretien annuel des chaudières fonctionnant au fuel est obligatoire. Il doit être accompagné d’une mesure du rendement de combustion. Le résultat de cette mesure est consigné sur une fiche d’entretien dont la conservation par l’utilisateur est obligatoire.

On peut cependant émettre certaines réserves quant à l’interprétation que l’on peut faire de ce chiffre.

Premièrement parce qu’il s’agit de la mesure effectuée juste après l’entretien. Le rendement obtenu est donc souvent meilleur que le rendement moyen durant la saison de chauffe (déréglage, encrassement progressif, …).

Ensuite, la pratique montre que l’exactitude des chiffres repris sur la fiche peut parfois être discutée. Pour l’illustrer, voici deux exemples :

  • La température ambiante reprise sur la fiche est presque toujours de 20°C. Il n’est pas rare de rencontrer une température de 35°C dans les anciennes chaufferies mal ventilées abritant des chaudières et des conduites mal isolées.
  • La température des fumées est indiquée sur la fiche, alors que la buse d’évacuation ne comporte pas de trou pour permettre la prise de mesure.

Trou dans la buse de raccordement, permettant la mesure des caractéristiques des fumées.

Notons en outre qu’actuellement, selon la PEB chauffage, les chaudières fonctionnant à combustible solide et liquide sont soumises à une obligation de mesure du rendement : 1 fois par an et les chaudières à combustible gazeux 1 fois tous les 2 à 3 ans en fonction de la puissance utile du générateur.

Évaluer

 Pour comprendre les termes d’une attestation d’entretien d’une chaudière fuel et interpréter les données qui y sont reprises.

Pour les chaudières gaz : selon la plaque signalétique

Dans le cas d’une chaudière gaz à brûleur atmosphérique, le débit de gaz ne peut être réglé. On peut donc rapidement estimer le rendement de combustion au départ de la plaque signalétique de la chaudière. En effet, cette dernière mentionne la puissance fournie à l’eau et la puissance fournie par le brûleur :

  • soit directement sous forme d’une puissance (« charge thermique » ou « puissance brute ») en [kW],
  • soit sous forme d’un débit de gaz en [m³/h] qu’il faut multiplier par 9,45 [kWh/Nm³] (si le gaz de référence est du G20) ou 8,13 [kWh/Nm³] (si le gaz de référence est du G25) pour obtenir la puissance en [kW].

En divisant l’un par l’autre, on obtient le rendement utile qui équivaut au rendement de combustion, aux pertes vers la chaufferie près.

Exemple.

Plaque signalétique d’une chaudière gaz atmosphérique : le rendement utile nominal de la chaudière vaut
116 [kW] / 128,2 [kW] x 100 = 90 %.

C’est en effectuant ce calcul que l’on se rend compte que des chaudières gaz atmosphériques relativement récentes (.. 1996 ..) présentent des valeurs de rendement utile relativement bas (juste égaux au minimum requis par la réglementation de 1988), de l’ordre de 86 .. 87 %. Cela s’explique par l’important excès d’air nécessaire à ce type de brûleur.

Attention, certains techniciens chargés de l’entretien des chaudières remplissent, pour les chaudières gaz atmosphériques, une attestation semblable aux attestations d’entretien des chaudières fuel. Le calcul de rendement de combustion qui y figure n’a aucune signification. En effet, il est impossible de mesurer les caractéristiques des fumées dans le coupe-tirage de la chaudière (et pourtant c’est ce que ces sociétés font), du fait du mélange des fumées avec de l’air et des turbulences présentes à cet endroit.

Pour les brûleurs gaz à air pulsé, il faut comme pour les brûleurs fuel, se fier à la fiche d’entretien.

Mesurer le rendement de combustion d’une chaudière existante

Le rendement de combustion repris sur la fiche d’entretien est une valeur instantanée prise juste après l’entretien. Cette valeur peut se dégrader dans le temps, notamment par l’encrassement de la chaudière et du brûleur, mais également par modification des caractéristiques (pression, température) de l’air comburant.

Il est donc bon, pour les grosses installations, de procéder à une ou plusieurs mesures de rendement entre 2 entretiens, par exemple, à chaque changement de saison.

Mesures

 Pour visualiser les différentes techniques de mesure du rendement de combustion.

Évaluer

 Pour interpréter le résultat d’une mesure de rendement de combustion.

Par exemple, la présence de suie dans la chaudière va diminuer l’échange entre les fumées et l’eau. Cela va augmenter la température des fumées, donc aussi les pertes vers la cheminée : 1 mm de suie sur la surface de l’échangeur équivaut à une perte de rendement de combustion de 4 à 8 %. On peut également prendre comme référence qu’une température de fumée supérieure de 15°C à la valeur mesurée lors du dernier entretien indique souvent un encrassement excessif de la chaudière (cela équivaut à une surconsommation de 1 .. 1,5 %).

Améliorer

 Améliorer le réglage du brûleur.

Gérer

 Améliorer la maintenance de la chaudière.

Améliorer

 Changer le brûleur.

Pertes vers la chaufferie

Lorsque le brûleur est en fonctionnement, la chaleur de la flamme et des fumées est en grande partie transmise à l’eau de chauffage. La flamme rayonne également vers des zones qui dans les anciennes chaudières ne sont par irriguées par l’eau et qui plus est, ne sont pas toujours isolées.

Il s’agit principalement de la porte-foyer, du fond et du socle de la chaudière.

Chaudière de 1972 : la porte-foyer peu isolée dont la température de surface durant le fonctionnement du brûleur est proche de 100°C.

Malheureusement, il est difficile et souvent onéreux d’isoler une ancienne porte-foyer.

Il faut cependant retenir que la mauvaise isolation de certaines parties de la chaudière est un symbole de la vétusté et du peu de performance de celle-ci.

Ordre de grandeur

Pertes vers l’ambiance totales (pertes par parois sèches + pertes par parois irriguées) des anciennes chaudières lorsque le brûleur est en action, en pourcentage de la puissance de la chaudière.
1 : chaudière au charbon converties au fuel
2 : chaudière gaz atmosphérique
3 : chaudière fuel ou gaz à brûleur pulsé.
Source : le Recknagel.

Pertes à l’arrêt

Pertes vers la chaufferie

Entre les périodes de fonctionnement du brûleur, la chaudière perd sa chaleur vers la chaufferie.

Degré d’isolation de la chaudière

L’importance de cette perte dépend d’abord du degré d’isolation de la jaquette de la chaudière.

Les chaudières actuelles sont isolées avec une épaisseur de laine minérale d’environ 10 cm. Il en résulte des pertes vers la chaufferie négligeables (de l’ordre de 0,1 .. 0,7 % de la puissance nominale).

Il n’en va pas de même pour les anciennes chaudières où l’isolant ne dépasse parfois pas une épaisseur de 3 cm sans compter des zones qui parfois ne sont pas isolées ou équipées d’un isolant en piteux état.


Chaudière de 1979 isolée par 3 cm de laine minérale et comportant certaines zones non isolées.

Indice

On peut se faire une première idée des pertes vers la chaufferie en plaçant la main sur la jaquette de la chaudière. Si celle-ci est chaude, il est fort à parier que le degré d’isolation est faible (si le brûleur fonctionne, attention aux risques de brûlure sur les zones non isolées comme la face avant !).

Un contact avec la main permet de se faire une première idée de la qualité de l’isolation.
Références : sur les chaudières modernes non isolées, on ne sent rien et on se brûle à partir de 65°C.

Attention, il existe encore de vieilles chaudières dont l’isolant est fixé à la carrosserie et non sur le « corps » de la chaudière. Dans ce cas, il est possible que l’espace compris entre l’isolant et la chaudière soit en permanence parcouru par un courant d’air. Cela augmente fortement les pertes à l’arrêt, bien que la jaquette semble froide.

Ordre de grandeur

Mesures

 Si on veut être plus précis, il est possible de mesurer sur site les pertes à l’arrêt des chaudières, en disposant d’un thermomètre de contact.

Lors d’audits énérgétiques nous avons pu effectuer différentes mesures de température sur d’anciennes chaudières (datant de 1975 à 1985). En moyenne, le pourcentage moyen des pertes mesurées tournait autour des

0,4 .. 0,6 % de la puissance nominale de la chaudière

0,5 % de pertes peut donc être considéré comme un ordre de grandeur représentatif pour les pertes vers l’ambiance d’une ancienne chaudière.

Exemple.

Une chaudière de 400 kW a des pertes vers la chaufferie de 0,5 %. Le brûleur de cette chaudière est à l’arrêt environ 4 500 heures par an. Heures pendant lesquelles la chaudière est maintenue en température.

La perte annuelle engendrée est de :

0,005 x 400 [kW] x 4 500 [h/an] = 9 000 [kWh/an] ou 900 [litres fuel ou m³ gaz /an]

Le remplacement de cette chaudière par une nouvelle chaudière ayant une perte de 0,2 % permettrait donc une première économie de 540 [litres fuel ou m³ gaz /an].

Améliorer

 Réisoler la chaudière.

Influence de la température de l’eau dans la chaudière

La température de l’eau dans les chaudières influence également les pertes à l’arrêt. Ces dernières seront plus importantes si les chaudières sont maintenues à haute température toute l’année.

Ainsi, si la température de l’eau dans une chaudière varie complètement en fonction des conditions climatiques (attention, ce qui n’est pas possible pour toutes les chaudières), on obtiendrait, dans la chaudière, une température moyenne sur la saison de chauffe d’environ 43°C. Par rapport à une chaudière maintenue en permanence à 70°C, les pertes à l’arrêt sont réduites de :

1  – [(43 [°C] – 20 [°C]) / (70 [°C] – 20 [°C])] 1,25 = 62 [%]

Améliorer

 Améliorer la régulation en température de la production.

Balayage du foyer

Lorsque le brûleur est à l’arrêt, tout courant d’air dans la chaudière va entraîner son refroidissement. Or l’alimentation en air des anciens brûleurs pulsés(environ, avant 1985) ainsi que les brûleurs gaz atmosphériques reste en permanence ouverte, même lorsque le brûleur est à l’arrêt. Il en résulte, par effet de tirage naturel, une perte importante vers la cheminée.

Clapet d’air fermé à l’arrêt sur un brûleur.

Indice

Il suffit de mettre la main devant l’entrée d’air du brûleur pour se rendre compte du courant d’air engendré par le tirage de la cheminée. Il est même parfois possible de voir le ventilateur d’un brûleur pulsé entraîné naturellement par celui-ci.

Ordre de grandeur

Mesures

 Si on veut être plus précis, il est possible de mesurer sur site les pertes par balayage des chaudières, en disposant d’un anémomètre ou en mesurant la dépression dans la cheminée.

Ici aussi, nous avons pu effectuer différentes mesures de température sur d’anciennes chaudières (datant de 1975 à 1985). En moyenne, le pourcentage moyen des pertes par balayage mesurées tournait autour des

1 .. 1,5 % de la puissance nominale de la chaudière

Exemple.

Reprenons la chaudière de 400 kW de l’exemple précédent. Cette chaudière est équipée d’un brûleur dont le clapet d’air ne se referme pas à l’arrêt. Aux 0,5 % de pertes vers la chaufferie, viennent s’ajouter 1,5 % de pertes vers la cheminée lorsque le brûleur est à l’arrêt. La chaudière présente donc des pertes à l’arrêt totales de 2 %.

La perte annuelle engendrée est donc de :

0,02 x 400 [kW] x 4 500 [h/an] = 36 000 [kWh/an] ou 3 600 [litres fuel ou m³ gaz /an]

Le remplacement de cette chaudière par une nouvelle chaudière avec un brûleur relativement étanche à l’arrêt réduirait la perte à l’arrêt totale à 0,2 % et permettrait donc une première économie de 3 240 [litres fuel ou m³ gaz /an].

Attention, on se rend compte que le coefficient de perte à l’arrêt de la chaudière aura d’autant plus d’impact sur la consommation annuelle que la chaudière est maintenue longtemps en température, brûleur à l’arrêt, c’est-à-dire :

    • que la chaudière est
  • surdimensionnée,
  • que la chaudière est également maintenue en température en été pour produire de l’eau chaude sanitaire.

Cas particulier des chaudières gaz atmosphériques

Les chaudières gaz à brûleur atmosphérique couramment rencontrées dans les installations de petite et moyenne puissance sont des chaudières dont le foyer reste en permanence ouvert.

En théorie, cela ne devrait pas engendrer de perte par balayage importante. En effet, selon l’ARGB, les chaudières atmosphériques sont conçues pour « retomber en température » entre les demandes de chauffage. Étant froide durant les périodes d’arrêt, les pertes s’annulent. De plus, la présence d’un coupe-tirage supprime le tirage dans la chaudière si celle-ci est froide.

Ce fonctionnement idéal n’est pas cependant guère rencontré en pratique :

  • Les chaudières sont le plus souvent maintenues en température sur leur aquastat.
  • Même lorsque le fonctionnement du brûleur est directement commandé par un thermostat d’ambiance, l’inertie thermique des chaudières (qui diminue avec le volume d’eau de la chaudière) les maintient, sauf exception (installations domestiques), à une certaine température moyenne.

La perte par balayage qui en résulte est de l’ordre de 1 .. 2 % de la puissance de la chaudière.

Notons que le balayage d’air dans les chaudières atmosphériques tend à diminuer avec la technologie des brûleurs à prémélange et les nouvelles configurations de chaudière (présence d’un ventilateur d’extraction s’arrêtant à l’arrêt, évacuation des fumées par le bas de la chaudière, …). Le passage d’air à l’arrêt est fortement freiné, ce qui limite les pertes par balayage à des valeurs de 0,2 .. 0,6 %.

Attention aux brûleurs récents (après 1985)

Témoin de position du clapet d’air d’un brûleur :
clapet en position fermée et clapet en position ouverte.

Attention, posséder un brûleur récent n’est pas une garantie de suppression des pertes par balayage. En effet, le clapet d’air qui, théoriquement, devrait se refermer à l’arrêt du brûleur, ne fonctionne pas toujours correctement :

  • Si le rappel se fait mécaniquement (contre poids ou ressort), le système peut se coincer avec le temps en position ouverte.
  • Si le rappel est assuré par un servomoteur, l’alimentation électrique ne peut être coupée à l’arrêt du brûleur. Il n’est ainsi pas rare de rencontrer des brûleurs dont le raccordement électrique est mal réalisé : la commande d’enclenchement du brûleur ouvre électriquement le clapet d’air; lorsque la régulation commande l’arrêt du brûleur, l’alimentation électrique de ce dernier est coupée; le clapet d’air ne peut plus se refermer puisque le servomoteur n’est plus alimenté. Il faut donc revoir le câblage du brûleur.

Même avec un brûleur récent, il faut donc vérifier, en plaçant la main devant l’entrée d’air du brûleur, que celle-ci ne laisse pas en permanence un libre passage à l’air.

Comparaison : les chaudières actuelles

Les chaudières actuelles présentent des pertes à l’arrêt nettement moindre que les anciens modèles :

  • suppression des pertes par balayage, notamment par fermeture du foyer à l’arrêt,
  • isolation renforcée de la jaquette de la chaudière,
  • régulation de la température de la chaudière en fonction des besoins.

À titre de comparaison, voici les coefficients de pertes à l’arrêt courants (% de la puissance nominale) que l’on rencontre couramment pour les chaudières actuelles (pour une température d’eau de l’ordre de 65°C) :

  • à brûleur pulsé : 0,1 (grosses puissances) .. 0,4 % (petites puissances),
  • à brûleur gaz atmosphérique : 0,6 .. 1,3 %

On peut aussi comparer les anciennes installations aux exigences de label OPTIMAZ, pour les chaudières fuel. Pour obtenir celui-ci, le coefficient de perte à l’arrêt des chaudières fuel ne peut dépasser (pour une différence de température entre l’eau et la chaufferie de 35°C) :

  • chaudières de moins de 20 kW : 1 %
  • chaudières entre 20 et 60 kW : 0,8 %
  • chaudières entre 60 et 400 kW : 0,6 %
  • chaudières de plus de 400 kW : 0,4 %

Surdimensionnement

Le surdimensionnement de la chaudière joue un rôle important sur l’ampleur des pertes à l’arrêt

  • Plus la puissance de l’ensemble brûleur/chaudière est importante par rapport aux besoins, plus son temps de fonctionnement annuel est faible par rapport au temps d’attente de la chaudière et plus les pertes à l’arrêt prennent de l’importance sur le rendement global de la production,
  • Les pertes à l’arrêt sont fonction des caractéristiques constructives de la chaudière. Elles sont proportionnelles à sa puissance nominale,

et sur les émissions polluantes et l’encrassement de la chaudière (production d’imbrûlés au démarrage et à l’arrêt des brûleurs).

Ordre de grandeur

Le temps de fonctionnement continu d’un brûleur (mesurable à l’aide d’un chronomètre ou d’une simple montre) est un premier indice du degré de surdimensionnement de la chaudière. Dans une installation correctement dimensionnée, ce temps doit être de plusieurs minutes. On cite souvent le chiffre de :

4 minutes par cycle de fonctionnement,

comme étant un temps de fonctionnement de brûleur correct.

Attention, ce chiffre n’est évidemment qu’une référence car le temps de fonctionnement du brûleur dépend de la saison et du mode de régulation.

Évaluer

 On peut approfondir cet indice en calculant le temps de fonctionnement annuel du brûleur et en comparant ce chiffre à un temps estimé correct en fonction du type de bâtiment. Cette estimation ne peut se faire qu’en connaissant la puissance du brûleur et la consommation annuelle de combustible. Pour approfondir cette méthode d’évaluation.

Présence de plusieurs chaudières

Le découpage de la puissance en plusieurs chaudières peut avoir un impact favorable sur la diminution des pertes à l’arrêt. En effet, si la régulation de l’installation est correctement réalisée, cela permet en principe de réduire le nombre de chaudières en activité, durant une bonne partie de la saison de chauffe et d’éliminer ainsi une partie des pertes.

Profil des besoins annuels d’un bâtiment dont la puissance maximale demandée est de 800 kW (climat de Uccle). Par exemple, le bâtiment demande une puissance de chauffe de plus de 200 kW pendant 4 000 h/an.
Si la puissance installée est découpée en 2 chaudières de 400 kW, la deuxième chaudière ne sera nécessaire que durant 1 140 heures sur la saison de chauffe (qui dure 5 800 heures/an)

Tout dépend cependant de la régulation de l’installation.

Exemple.

Deux chaudières de 558 kW de 1967 et 1959.

Cette installation est composée de deux chaudières de 558 kW chacune. Une seule chaudière est nécessaire pour satisfaire les besoins durant l’année entière. Bien que mise à l’arrêt durant toute la saison de chauffe, la deuxième chaudière est en permanence irriguée par l’eau de chauffage à 70°C.

Elle présente donc des pertes à l’arrêt, d’autant plus inutiles que la puissance de la chaudière n’est pas nécessaire.

Le coefficient de perte à l’arrêt des chaudières est estimé à 2,5 %. La perte à l’arrêt de la deuxième chaudière est donc de :

558 [kW] x 0,025 x 5 800 [h/an] = 80 910 [kWh/an] ou 8 091 [litres fuel ou m³ gaz par an]

Cette perte pourrait être nulle si l’irrigation de la deuxième chaudière était supprimée (par une vanne motorisée ou plus simple ici, par une vanne manuelle).

On voit donc qu’une installation comprenant plusieurs chaudières n’est efficace que si les chaudières inutiles par rapport aux besoins instantanés ne sont pas irriguées par l’eau chaude de l’installation et que l’on réalise une véritable régulation en cascade. Dans le cas contraire, on « subit » pleinement leurs pertes à l’arrêt.

Exemple.

La situation « énergétiquement » aberrante et pourtant sûrement pas exceptionnelle est un ensemble de plusieurs chaudières dont une est en panne depuis plusieurs années. Comme la puissance restante est suffisante pour chauffer le bâtiment, la réparation n’est pas effectuée. Mais la circulation est maintenue dans la chaudière à l’arrêt, entraînant une perte importante.

Mais attention, on constate cependant qu’en pratique des chaudières régulées en cascade avec fermeture d’une vanne d’isolement associée à l’arrêt de la chaudière peuvent cependant rester toute la saison de chauffe en température. D’où peut provenir ce dysfonctionnement ?
On peut citer 3 causes possibles :

  1. Les vannes d’isolement ne sont pas étanches. Pour le savoir, il suffit d’empêcher manuellement le brûleur d’une chaudière à l’arrêt de démarrer et d’observer si sa température chute.
  2. La régulation de la cascade ne tient pas compte de la température extérieure pour commander le démarrage des chaudières. Ainsi, en mi-saison, lors de la relance, le régulateur demande la pleine puissance et commande la mise en route de toutes les chaudières alors qu’une seule chaudière est nécessaire. Les chaudières qui ne serviront plus durant la journée mettront alors un temps certain pour retomber en température (fonction de leur degré d’isolation et de leur inertie thermique). Toute l’énergie contenue dans ces chaudières est perdue.
  3. La temporisation à l’enclenchement des différentes chaudières est trop faible. Ainsi quelle que soit la saison, toutes les chaudières sont susceptibles de démarrer plusieurs fois par jour, restant chaudes quasi en permanence.

Présence de brûleurs 2 allures

L’impact du surdimensionnement est également tempéré par le découpage de la puissance installée au moyen de brûleurs 2 allures ou modulants (gaz ou fuel) :

  • Le temps moyen d’un cycle de fonctionnement du brûleur augmente et son nombre de démarrage diminue puisque le rapport (puissance fournie/puissance nécessaire) est réduit, notamment en mi-saison.
  • Le temps de fonctionnement annuel total du brûleur augmente et le temps d’attente de la chaudière et les pertes à l’arrêt annuelles diminuent.
  • Le rendement de combustion du brûleur augmente puisque la puissance du brûleur diminuant par rapport à la surface d’échange, la température des fumées à la sortie de la chaudière est plus basse. Un gain de l’ordre de 2 .. 2,5 % sur le rendement de combustion peut être obtenu en première allure.

On comprendra aisément que l’utilisation d’un brûleur modulant adaptant, en continu, dans une certaine plage, sa puissance aux besoins permet d’obtenir une installation qui fonctionne presqu’en permanence, avec un minimum de démarrages et d’arrêts.

Cependant, tout dépend si une réelle régulation en cascade est appliquée. En effet, on rencontre dans la pratique :

  • Des chaudières multiples démarrent toujours en même temps quelle que soit la saison.
  • Des brûleurs 2 allures ne sont pas toujours des brûleurs à deux allures vraies, mais des brûleurs avec une plus petite allure de démarrage (le brûleur démarre en petite allure et après un certain temps passe d’office à pleine puissance).
  • Des brûleurs à deux allures vraies mais commandés par un unique aquastat, sans relais temporisé. La commande de la première allure ayant été « pontée », le brûleur passe alors d’office en deuxième allure, sans régulation de la puissance.

Fonctionnement d’un brûleur avec allure réduite au démarrage (brûleur à deux « fausses » allures).

Fonctionnement d’un brûleur 2 allures en fonction des besoins instantanés.

Dans ces trois cas, on perd l’avantage, sur la production d’imbrûlés et sur les pertes à l’arrêt, d’avoir dissocié la puissance en plusieurs allures de brûleur et/ou plusieurs chaudières, puisque c’est la pleine puissance qui est appelée systématiquement quels que soit les besoins.

Améliorer

 Améliorer la régulation en cascade de la production.

Améliorer

 Diminuer la puissance du brûleur.

Différentiel de régulateur trop faible

Un temps de fonctionnement trop court des brûleurs peut également être la conséquence d’un différentiel de régulateur trop petit. Cela peut être le cas sur les régulateurs électroniques dont le différentiel est réglable par l’utilisateur (voir mode d’emploi du régulateur). Celui-ci devrait être de l’ordre de 9°C, c’est-à-dire un écart de température d’eau de 9°C entre la consigne d’allumage et d’extinction du brûleur. Parfois, le différentiel réglé n’est que de 1 ou 2°C. Dans ce cas, on comprend aisément que le brûleur s’allume et s’éteint constamment.

Évaluer le rendement saisonnier de la production

L’efficacité énergétique d’une chaudière se traduit par son rendement saisonnier. Le rendement saisonnier d’une chaudière est le rapport entre l’énergie fournie annuellement à l’eau de chauffage (à la sortie de la chaudière) et la quantité de combustible consommé.

La différence entre ces deux grandeurs constitue les pertes de production.

Expression mathématique du rendement saisonnier de production

Le rendement saisonnier d’une installation de production de chaleur peut entre autres s’exprimer par la formule :

hsais = [hcomb – %qr] / [1 + qE x (nT/nB – 1)]

où on retrouve les différents éléments évalués ci-dessus :

  • le rendement de combustion hcomb [%],
  • le pourcentage de perte vers la chaufferie, brûleur en marche %qr [%],
  • le coefficient de perte à l’arrêt qE [.,..],
  • le rapport entre la durée de la saison de chauffe et le temps de fonctionnement annuel du brûleur NT/NB [-], image du surdimensionnement.

Ces paramètres sont parfois complexes à évaluer sur une installation existante.

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

Calculs

 sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

 sur base du climat moyen de St Hubert.

Objectif

On peut raisonnablement imaginer qu’il est possible d’atteindre, avec une (ou des) chaudière(s) moderne(s) performante(s), régulée(s) de façon adéquate, un rendement saisonnier de production de (pour une installation ne produisant pas d’eau chaude sanitaire) :

hsais = .. 92 .. %

Exemple.

Soit une ancienne chaudière de 600 kW sur dimensionnée de 100 % (le brûleur fonctionne durant 750 heures/an). Son coefficient de perte à l’arrêt est estimé à 2 %. La fiche d’entretien de la chaudière indique un rendement de combustion de 87 %. Les pertes vers la chaufferie, lorsque le brûleur fonctionne sont estimées à 1 %.

La consommation de cette chaudière est de 45 000 m³ de gaz par an.

Son rendement saisonnier peut être estimé à :

hsais = [87 – 1] / [1 + 0,02 x (5 800 / 750 – 1)] = 76 [%]

Le remplacement de cette chaudière par une chaudière et un brûleur moderne et redimensionnée permettrait une économie de :

45 000 [m³gaz/an] x (1 – 76 [%] / 92 [%]) = 7 826 [m³gaz/an], soit 17,4 [%]

Si l’installation le permet, il peut être intéressant de remplacer la chaudière par une chaudière à condensation. On peut alors espérer un rendement saisonnier de :

hsais = 101 % ou plus

Exemple.

Si on remplace l’ancienne chaudière du cas précédent par une nouvelle chaudière à condensation, le gain réalisé sera de :

45 000 [m³gaz/an] x (1 – 76 [%] / 101 [%]) = 11 138 [m³gaz/an], soit 24 [%]

Signalons en outre que le remplacement des anciennes chaudières par des nouvelles permet souvent de diviser par 2 à 3 les émissions annuelles de NOx (responsables entre autres des pluies acides).

Évaluer l’efficacité d’une chaudière à condensation

Posséder une chaudière à condensation n’est pas, en soi, une garantie d’efficacité énergétique optimale. Encore faut-il que cette chaudière condense réellement. Il n’est pas rare, en effet, de rencontrer des chaudières de ce type desquelles ne s’échappe qu’un fin filet de condensat. Parfois, l’évacuation vers l’égout reste désespérément sèche durant toute la saison de chauffe …

L’investissement consenti pour profiter d’un matériel performant est alors inutile.

Dans ce cas, outre la qualité intrinsèque de la chaudière, on peut mettre en cause :

Le réglage du brûleur

Un excès d’air de combustion trop important augmente la température de rosée des fumées, c’est-à-dire la température à partir de laquelle les fumées commencent à se condenser. L’énergie récupérée grâce à la condensation diminue en conséquence. Pour évaluer la qualité du réglage, il faut procéder ou faire procéder par le chauffagiste à un contrôle de combustion.

   

Rendement utile (sur PCI) d’une chaudière gaz en fonction de la température des fumées à la sortie de la chaudière et de l’excès d’air (n = 1,3 équivaut à un excès d’air de 30 %).

La conception du circuit hydraulique

La température des fumées sera la plus basse (et la quantité de condensat et l’énergie récupérée la plus grande), si le circuit hydraulique raccordé à la chaudière permet un retour d’eau le plus froid possible. Le circuit doit donc éviter tout retour direct d’eau chaude vers la chaudière : pas de soupape différentielle, pas de circuit primaire bouclé, de bouteille casse pression ou de circulateur de by-pass, …

Soupape de pression différentielle placée entre le départ et le retour d’un circuit secondaire : lorsque des vannes thermostatiques se ferment sur le circuit, la soupape s’ouvre renvoyant directement une partie de l’eau chaude vers la chaudière pour éviter que la pression n’augmente trop dans le circuit.

Certaines chaudières à condensation imposent cependant l’utilisation d’une bouteille casse-pression (chaudières nécessitant en permanence un débit minimal). Dans ce cas, il faut veiller à ce que la température de l’ensemble des circuits secondaires varie en fonction des conditions atmosphériques et que la température de la chaudière suive au plus près la température du circuit le plus demandeur. Cela peut devenir problématique si la chaudière remonte souvent en température pour produire en même temps de l’eau chaude sanitaire ou pour servir des utilisateurs demandant une température nettement plus élevée que les autres (circuit avec aérothermes, …). Alors, la chaudière ne condensera quasi pas.

Exemple de circuit hydraulique raccordé à une chaudière à condensation demandant un débit minimal permanent :

Si cette chaudière doit en même temps produire de l’eau chaude sanitaire, elle sera tenue de fonctionner un certain temps, pour ne pas dire tout le temps, à haute température. Dans ce cas, les vannes des circuits secondaires devront se refermer pour obtenir la température voulue. Le surplus d’eau chaude alors produit par la chaudière sera directement renvoyé vers celle-ci via la bouteille casse-pression. La chaudière ne condensera plus.

La régulation

Plusieurs dysfonctionnements de la régulation peuvent empêcher la condensation dans la chaudière :

Réglage des courbes de chauffe

La température de retour de l’eau vers la chaudière est conditionnée par la température demandée par les circuits secondaires. Celle-ci est le plus souvent réglée en fonction de la température extérieure au moyen d’une vannes mélangeuse et d’une courbe de chauffe. Un mauvais réglage de cette dernière peut conduire à demander une température d’eau trop élevée. Si une chaudière condense mal, il faut repérer le réglage des courbes existantes et les abaisser si nécessaire.

Exemple de courbe maximale que l’on devrait atteindre :

La courbe de chauffe réelle devrait même se trouver sous cette courbe. En effet si on prend en compte le surdimensionnement des radiateurs, une température d’eau de 70°C en plein hiver au lieu de 80° devrait être suffisante. Surtout si les radiateurs ont été dimensionnés pour un régime de température inférieur au traditionnel 90°/70°.

Attention, si les radiateurs sont équipés de vanne thermostatique, une courbe de chauffe trop élevée peut passer totalement inaperçue aux yeux des utilisateurs puisqu’aucune surchauffe ne se fera sentir. Le réglage de la courbe doit donc se faire toutes les vannes ouvertes.

En outre, lorsque l’on est en présence d’un circuit primaire avec bouteille casse-pression (comme mentionné ci-dessus), il faut vérifier que la température demandée à la chaudière est quasi semblable à la température demandée par le circuit secondaire le plus demandeur.

Régulation des brûleurs

Plus la puissance en fonctionnement du brûleur est faible par rapport à la puissance de la chaudière, plus celle-ci condensera facilement. Il faut donc vérifier que les brûleurs modulants ou les brûleurs 2 allures fonctionnent réellement en allure réduite quand les besoins sont faibles.

Si ce n’est pas le cas, il faut vérifier le paramétrage de la régulation et le raccordement correct du brûleur.

Concevoir

 Les critères de performance d’une nouvelle chaudière à condensation.

Calculer le rendement saisonnier sur base de mesures

Chaudière classique

Le rendement saisonnier peut très bien être calculé au moyen de mesures effectuées à l’aide d’un compteur de chaleur sur le départ de la chaudière et d’un compteur sur l’alimentation en combustible du brûleur. Le rapport entre la production de chaleur mesurée au niveau du compteur de chaleur (kWh) et la consommation de combustible (gaz, fuel, …) exprimé en kWh donne la valeur du rendement saisonnier. Plus la période d’intégration est longue, meilleure est l’approche de la valeur réelle du rendement saisonnier, l’idéal étant une intégration sur l’ensemble de la période chauffe.

Trop souvent le rendement saisonnier est évalué suite à un audit, et ce de manière théorique. La seule façon de le déterminer précisément est de collecter les consommations mensuelles (ou en temps réel) de combustible et les consommations de chaleur.

La mesure de la quantité de chaleur produite passe donc par le placement d’un ou de compteur d’énergie :

  • En exploitation, la pose de compteurs permanents est primordiale, car elle permet, en temps réel de déterminer le rendement de chaufferie et, par conséquent, de pouvoir se rendre compte rapidement, d’une dérive des consommations. L’investissement dans ce type de compteur est très vite rentabilisé et ce d’autant plus que la puissance de la chaufferie est importante.
  • Lors d’un audit, la pose de compteurs non invasifs est intéressante, car elle permet d’approcher la valeur réelle du rendement saisonnier. On estime qu’une période de 2 semaines pendant la saison de chauffe permet d’obtenir un profil de consommation de chaleur suffisamment représentatif que l’on peut extrapoler pour une saison de chauffe.

Quelle que soit l’option prise, le placement d’un compteur d’énergie doit être réalisé par un professionnel sachant que la précision de la mesure peut être faussée juste par le choix d’un emplacement inadéquat au niveau de l’hydraulique de la production ou de la distribution. Sans y prendre garde, l’erreur de mesure peut atteindre d’ordre de 20 % pour les compteurs « non invasifs ». Pour les compteurs « invasifs », l’erreur est en moyenne de l’ordre de 1 à 2 % s’ils sont bien placés et calibrés (jusqu’à 20 % d’erreur).

ηsaisonnier =
kWh chaleur / kWh gazPCI

ηsaisonnier < 100 %

Mesures

 Pour en savoir plus sur la mesure de l’énergie par compteur de chaleur.

 Chaudière à condensation

La détermination du rendement saisonnier s’effectue de la même manière qu’une chaudière classique en considérant les consommations de combustible et la mesure des consommations de chaleur. L’énergie de condensation est intrinsèque aux mesures effectuées. En d’autres termes, on peut s’attendre à obtenir des excellents rendements (voire > 100 %) si la chaudière à condensation travaille correctement.

ηsaisonnier = kWh chaleur / kWh gaz PCI

ηsaisonnier < 100 % si pas de condensation
ηsaisonnier > 100 % si condensation

Condenseur externe

Lorsque la puissance de la chaudière dépasse les 1 000-1 500 kW, pour exploiter l’énergie de condensation, on fait appel à un condenseur externe; ce qui complique le circuit hydraulique. Pour l’évaluation du rendement saisonnier en tenant compte de l’énergie de condensation, tout comme pour la chaudière à condensation, un seul compteur de chaleur bien placé est nécessaire sachant que l’énergie de condensation est intrinsèque à la mesure réalisée par le compteur de chaleur.

ηsaisonnier =
kWh chaleur < 100 % si pas de condensation /
kWh gaz PCI < 100 % > 100 % si condensation

Mesures

 Pour en savoir plus sur le placement d’un compteur de chaleur.

Évaluer l’énergie de condensation sur base de mesures

Il n’est pas toujours possible de placer un compteur de chaleur sur un circuit hydraulique existant. En effet, la mesure effectuée par le compteur de chaleur non invasif (système à ultrason) n’est généralement précise que si elle est réalisée sur portion droite de conduite ; ce qui n’est pas toujours le cas dans une chaufferie.

Une manière d’évaluer le rendement de la production de chaleur est de mesurer la quantité de condensats sortant de la chaudière à condensation ou du récupérateur externe à condensation. Deux types de mesure sont assez simples à mettre en œuvre :

  • Pour les petites puissances, on peut très bien placer « un bidon » au niveau de l’évacuation des condensats et évaluer le nombre de litres d’eau condensée dans un laps de temps donné.
  • Pour les puissances plus importantes, on pourrait, avec un peu d’imagination, placer un compteur d’eau pouvant résister à une eau agressive (pH de l’ordre de 4).

Facteurs d’influence de la condensation

En théorie, la quantité de condensats formée lors du fonctionnement d’une chaudière à condensation est loin d’être négligeable. Le tableau suivant montre ce que l’on pourrait récolter comme quantité d’eau de condensation :

Pouvoir calorifique supérieur Hs (kWh/m³) Pouvoir calorifique inférieur Hi (kWh/m³) Hs/Hi Hs – Hi (kWh/m³) Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³)(1)
Gaz naturel LL 9.78 8.83 1.11 0.95 1.53
Gaz naturel E 11.46 10.35 1.11 1.11 1.63
Propane 28.02 25.8 1.09 2.22 3.37
Fuel domestique(2) 10.68 10.08 1.06 0.6 0.88

(1) Rapportée à la quantité de combustible.
(2) Pour le mazout EL, les indications se rapportent au litre.

En pratique, la quantité de condensats peut varier en fonction principalement :

  • de la température des fumées ;
  • de la température du retour de l’eau de chauffage ;
  • du taux de charge de la chaudière.

Mais elle peut aussi varier en fonction du dimensionnement des échangeurs, de son efficacité, …

Quantités annuelles de condensats

Quantité théorique

Tout au long de la saison de chauffe, pour autant qu’elle soit modulante, la chaudière travaille à différents taux de charge. La monotone de chaleur exprime bien la répartition des taux de charge pendant une saison de chauffe :

Monotone de chaleur (source : Viessmann).

Travail de chauffage (source : Viessmann).

En analysant et en combinant les deux graphiques ci-dessus, en moyenne, une chaudière modulante bien régulée et alimentant un réseau secondaire maximisant un retour d’eau le plus froid possible, travaille avec un taux de charge compris entre 30 et 45 % sur la saison de chauffe.

Sur base de ce taux de charge moyen annuelle, on peut déterminer, par l’utilisation des abaques ci-dessous, le taux de condensation moyen auquel il faut s’attendre sur l’année de chauffe.

Eau de condensation générée.

La formule suivante permet de calculer la quantité théorique annuelle de condensats en fonction de la consommation de combustible :

Quantité théorique annuelle de condensats (kg) = taux de condensation théorique x Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³ ou kg/litre) x Quantité de combustible annuelle (m³ de gaz ou litre de fuel)

En croisant la quantité théorique annuelle de condensats et celle mesurée sur le terrain, on peut déjà se rendre compte de la situation dans laquelle on se trouve.

Exemple

Sur  base de ce qui précède et en considérant les hypothèses suivantes, il est possible de calculer la quantité théorique de condensats que l’on peut espérer récolter sur une saison de chauffe. On peut en déduire le rendement saisonnier.

Hypothèse :

  • La chaudière gaz est à brûleur modulant.
  • Le nombre d’heures de chauffe est de 6 500 heures.
  • Le taux de charge moyenne est de 37 %.
  • Le régime de température est 75/60°C ;
  • La quantité de gaz consommée sur l’année est de 20 000 m³.

Pour un taux de charge de 0.37 (37 % de la puissance nominale) :

  • La température de départ de l’eau de chauffage est de 47 °C.
  • La température de retour de  l’eau de chauffage est de 42 °C.
  • La température des fumées 42 °C.
  • Le taux de condensation est de 62 %.

La quantité de condensats récoltée est de 0.62 x 1.53 (kg/m3) x 20 000 (m³ de gaz) = 12 972 (kg d’eau).

Dans ce cas-ci, lorsqu’on s’approche de cette valeur de 12 972 litres d’eau, on peut considérer que la chaudière condense de manière optimale.

Le taux de condensation étant de 62 %, on peut considérer que 62 % des 11 % maximum disponible dans l’énergie de condensation, soit 6.8 %, représente l’augmentation du rendement saisonnier calculé sans condensation.

Le rendement saisonnier se déduit comme suit : en supposant que le rendement saisonnier sans condensation calculé soit de 97 %, le rendement saisonnier avec condensation est de 97 % + 6.8 % = 103.8 %.

Pour effectuer le calcul du rendement saisonnier (sans condensation) de l’installation :

Calculs

 sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

  sur base du climat moyen de St Hubert.

Quantité réelle

Une autre manière de procéder est de recalculer le taux moyen réel de condensation par la formule suivante :

Taux de condensation annuel (%) =
Quantité de condensats mesurée (kg) x 100 / Quantité de combustible annuelle (m³ de gaz ou litre de fuel) x Quantité théorique spécifique de condensat (kg/m³ ou kg/litre)

Cette valeur du taux de condensation annuel est une image de l’amélioration du rendement saisonnier de l’installation due à la condensation.

Exemple

Hypothèse :

  • La quantité théorique spécifique de condensat pour le gaz est de 1.63 kg/m³.

Mesures

  • La quantité de gaz consommée sur l’année est de 20 000 m³.
  • La quantité de condensats récoltée sur l’année est de 10 000 kg.

Le taux réel de condensation annuelle est de 10 000 kg de condensats x 100 / (20 000 (m3 de gaz) x 1.53 kg/m3) est de 32 %.

La valeur théorique maximum du taux de condensation étant pour le gaz par exemple de 11 % (correspondant à 1.53 kg/m³), 0.32 x 11 % =  3.53 % représente l’amélioration du rendement saisonnier de l’installation.

Pour effectuer le calcul du rendement saisonnier (sans condensation) de l’installation :

Calculs

 sur base du climat moyen de Uccle.

Calculs

  sur base du climat moyen de St Hubert.

Une valeur de 97 % sur PCI de rendement saisonnier sans la condensation issue du calcul donne une valeur du rendement saisonnier avec condensation de 97 % + 3.53 % = 100.53 % sur PCI.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir un système de refroidissement tout air

Choisir un système de refroidissement tout air

Quand opter pour un système tout air ?

Bien que l’air ne soit pas le mode de transfert de chaleur le plus efficace (faible capacité calorifique, faible efficacité des ventilateurs), il peut s’avérer intéressant de choisir un refroidissement par air lorsque les débits thermiques nécessaires sont proches de ceux requis pour la ventilation hygiénique. Cela peut notamment être le cas dans des salles de réunion, grands bureaux paysagers, salle d’opération ou de spectacle par exemple. Ou encore, lorsque les besoins de refroidissement du bâtiment sont faibles et bien maitrisés (par des superficies vitrées réduites, des protections solaires extérieures,…). On fait alors l’économie d’un réseau d’eau chaude et/ou glacée et des émetteurs locaux.

Choix de la configuration du réseau

Deux situations sont possibles :

  • soit les besoins des locaux sont relativement constants dans le temps, auquel cas un système à débit d’air constant sera retenu ;
  • soit ces besoins sont variables et le choix d’un système VAV sera fait.

Différents systèmes à débit d’air constant sont envisageables :

Lorsque les locaux présentent des occupations et des charges thermiques variables, il reste à affiner le choix parmi les différentes technologies de VAV : découpage du bâtiment en zones homogènes, modulation du débit par local ou groupe de locaux, choix du niveau de pression.

Schéma VAV : découpage du bâtiment en zones homogènes.

Choix du débit d’air constant « monogaine » ou « double-gaines » (dual duct)

Si une seule zone est à traiter, ce choix ne se pose pas : la régulation du caisson de traitement d’air permettra de s’adapter aux variations de la demande. C’est ce que l’on fera pour une salle de conférences, pour une salle d’opération dans un hôpital, pour un grand hall, …

Par contre, si plusieurs zones sont à traiter, le système doit pouvoir s’adapter à des besoins différents : locaux situés sur des façades différentes, salles de réunion différemment utilisées,…

Comment, à partir d’un même caisson de traitement d’air, produire des températures différentes ? C’est là que le choix existe entre 2 systèmes :

Soit un système mono-gaine, multi-zones

Schéma système mono-gaine, multi-zones.

Mais ce système risque fort d’être destructeur d’énergie (préparation d’air chaud, refroidi par la suite…). Aussi, il ne peut être imaginé en pratique que sur base d’une centrale préparant de l’air frais (16°, par exemple) et les unités terminales apportent le complément uniquement via une batterie de chauffe terminale.

Mais comment gérer les besoins variables en été ? Le local exposé au soleil souhaitera un air plus froid que celui qui est au Nord. On risque donc de refroidir l’air en centrale et de le réchauffer à l’entrée des locaux au Nord…

On constate ici que la centralisation du traitement génère un manque de souplesse total. On préférera se diriger soit vers une installation « tout air » à débit d’air variable, soit vers une solution « air-eau ».

Soit un système double gaines, dit « dual duct »

Deux réseaux parallèles : un réseau d’air chaud et un réseau d’air froid. Une sonde de température ambiante commande le réglage d’une boîte de mélange. Ce système est contraignant à plusieurs niveaux : financièrement (investissement), énergétiquement (risque de « détruire » de l’énergie à l’exploitation) et spatialement (encombrement dans les faux plafonds).

Schéma système double gaines, dit "dual duct".

On ne l’installe plus aujourd’hui car il est très énergivore (on détruit de l’énergie pour obtenir la température souhaitée). On tente plutôt de le démanteler dans les anciens bâtiments où il est installé.

Conclusions

Il nous semble que le système « tout air – à débit constant » ne peut raisonnablement s’appliquer aujourd’hui que pour le traitement d’une seule zone, c’est-à-dire un ou plusieurs locaux homogènes, commandés par une seule sonde d’ambiance commune. C’est là une limitation très importante, qui explique le succès des systèmes à volume d’air variable, beaucoup plus souples que ceux à débit constant.

 Schéma systèmes à volume d’air variable.

Cas particulier pour les locaux occupés de façon sporadique

En présence de locaux à chauffage très intermittent (comme des salles de réunion, de spectacles,…), une variante avec système de chauffage complémentaire par radiateurs permet d’assurer un chauffage de base entre 12 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.

Systèmes VAV : Un découpage du bâtiment en zones homogènes

Puisque la température de pulsion de l’air au départ d’un groupe de préparation sera uniforme pour l’ensemble de la zone traitée, le bâtiment sera découpé en zones homogènes pour lesquelles on souhaite avoir une modulation du débit distincte. Par exemple, la façade Nord, la façade Sud et l’ensemble des locaux intérieurs peuvent constituer 3 zones avec un groupe distinct et une température de départ distincte (une zone intérieure demande toujours du refroidissement alors que la zone Nord demande majoritairement du chauffage).

La taille de l’installation impose parfois le découpage également : les débits d’air sont couramment de 6 (jusqu’à 10) renouvellements du volume des locaux par heure ! L’encombrement impose parfois un découpage en zones distinctes.

Mais le dimensionnement de la centrale profite lui au contraire de l’effet de foisonnement entre locaux dont les besoins sont différents : si façade Est et façade Ouest sont sur une même centrale, il ne faudra jamais cumuler les 2 puissances puisque le soleil ne peut être des 2 côtés simultanément.

Exemple.

Un regroupement des salles de réunion sur un même groupe de préparation permet de valoriser les avantages du VAV. Chaque salle se greffera sur le réseau via une bouche de pulsion commandée par détecteur de présence. Le ventilateur du groupe travaillera à vitesse variable pour maintenir une pression constante dans le réseau. Le groupe de préparation sera dimensionné avec un facteur de simultanéité (défini de commun accord avec le Maître d’Ouvrage) pour tenir compte du fait que toutes les salles ne seront pas occupées en même temps.

La régulation du débit peut être on/off en fonction qu’il y ait présence ou non, ou modulée en fonction du contrôle de la température du local, ce qui est énergétiquement préférable. Une sonde CO2 sur la reprise permettra d’adapter la quantité d’air neuf aux besoins.

À l’intérieur d’une zone, chaque local peut avoir sa bouche modulante et donc un débit modulé en fonction des besoins. La régulation est alors très souple,… mais l’installation est chère !

À noter l’inconvénient de ce type d’installation à air (par rapport au système air-eau) : le manque de souplesse dans la modification future du réseau (démontage des faux plafonds). On a dès lors intérêt à prévoir de nombreuses bouches, afin d’anticiper un découpage différent des locaux dans le futur (ajout d’une cloison).

Pour mémoire : le choix du nombre de conduits

Il est théoriquement possible de prévoir un système VAV à deux conduits : une centrale prépare simultanément de l’air froid et de l’air chaud, les deux fluides étant distribués en parallèle et mélangés dans une boîte de détente à l’entrée de chaque zone.

Il s’agit ici d’un système hyper flexible, pouvant répondre avec souplesse à des besoins variables et opposés.

  • Dans la version « usine », un premier clapet motorisé fait passer soit l’air chaud, soit l’air froid. Un second module ensuite le débit.
  • Dans la « full options », la boîte de réglage est équipée de deux volets de réglage progressif. Une zone neutre sépare les plages d’ouverture des conduits d’air chaud et d’air froid.

En principe, il n’existe aucun mélange possible entre chaud et froid au niveau du diffuseur, même si les deux conduits cohabitent toute l’année dans les gaines techniques…

Le coût d’investissement est vraiment très important. On cite parfois comme application les grands navires de plaisance : pour le confort des passagers, on souhaite leur fournir une souplesse totale de régulation, même lorsque le bateau vire de bord et que la face ensoleillée change ainsi brutalement… !

Aujourd’hui, pour atteindre un tel objectif de confort, on choisira plutôt une installation de ventilos-convecteurs à 4 tubes ou une installation à fluide réfrigérant variable, très souples également lorsque les besoins fluctuent fortement.

Seule application éventuelle : la réhabilitation d’un système classique à deux conduits à débit constant en système à débit variable.

Améliorer

 Pour en savoir plus sur l’amélioration d’une climatisation « tout air » à débit constant existante, cliquez ici !

Choix du système de chauffage associé

Les systèmes mono gaine sans réchauffage terminal

On ne pulse que de l’air froid en été (entre 12 et 18°C) et de l’air chaud en hiver (entre 25 et 40°C). L’air est préparé en centrale et, dans le cas d’une installation VAV, chaque local régule le débit d’air juste nécessaire en fonction de la température souhaitée, avec un débit minimum ajusté :

  • soit au débit d’air hygiénique,
  • soit à un débit plus élevé parce qu’une bonne distribution de l’air dans le local l’oblige,
  • soit à un débit plus élevé parce que les besoins de chauffage apporté par l’air l’obligent (si régulation à une sortie).

Le plus simple est d’avoir une consigne fixe pour chaque saison et le passage d’une consigne à l’autre est réalisé par un thermostat extérieur : il y a basculement pour une température extérieure de + 15°C, par exemple. Mais cette régulation peut être affinée.

Le système est très économique (surtout à l’exploitation), notamment parce qu’on ne fait jamais du chaud et du froid simultanément. Mais il ne convient que pour les locaux dont les charges thermiques sont homogènes. Il sera par exemple impossible de refroidir un local intérieur et de réchauffer simultanément un local périphérique traité par le même groupe …

Les systèmes monogaine avec réchauffage terminal

Cette variante s’applique aux bâtiments qui comportent des zones dont les besoins sont différents. On pense tout particulièrement aux grands immeubles de bureaux dont les zones centrales ont en permanence des besoins d’évacuation de la chaleur (charge stable) et dont les zones périphériques (locaux en façades) ont des besoins de chauffage en hiver, par grands froids (charge variable).

L’idée est alors de prévoir un circuit d’air froid pour tous les locaux, à débit variable, complété par des batteries de chauffe pour les locaux périphériques

En fait, il s’agit d’un « vrai » VAV pour la zone interne (alimentée en froid toute l’année), et d’un VAV complété d’une variation de température pour les locaux périphériques. On comprend qu’une telle installation soit très souple à l’usage !
Trois principes sont possibles :

1. Soit l’apport de chaleur est réalisé par des corps de chauffe traditionnels (radiateurs, convecteurs)

Généralement, ces corps de chauffe sont placés en périphérie du bâtiment, le long des façades, pour vaincre les déperditions par les parois. Le système VAV refroidit le cœur du bâtiment en hiver, refroidit tout le bâtiment en été et assure la ventilation hygiénique toute l’année. On sera attentif à ne pas « casser de l’énergie » par un fonctionnement simultané du froid et du chaud dans les mêmes locaux. Ainsi, une plage neutre doit être réservée entre chauffage et refroidissement (par exemple, les vannes thermostatiques de radiateurs sont réglées sur 21°C et l’ouverture du débit d’air froid ne commence qu’à 23°C). en-dessous de 23°C, la boîte VAV fonctionne sur son débit minimum préréglé.

C’est la solution sans doute la plus économique à l’investissement et à l’exploitation. Problème : bloquer les vannes thermostatiques sur 21°C n’est pas toujours bien accepté par l’occupant…

À défaut d’un recyclage de l’air (pour des raisons hygiéniques ou parce que les conduits ne sont pas situés l’un près de l’autre, un récupérateur de chaleur peut être prévu entre conduits d’extraction et de pulsion.

2. Soit les batteries de chauffe sont placées en série sur la boîte VAV

Une régulation spécifique est nécessaire :

Par exemple, si la sonde d’ambiance détecte une température inférieure à 21°C, la vanne de chaud est ouverte à 100 % et le débit d’air est réduit au seuil minimal préréglé. Lorsque la température intérieure approche de 23°, la vanne chaud se ferme progressivement. Lorsque la température dépasse 23°, la vanne chaud est fermée et le débit d’air frais augmente progressivement jusqu’à atteindre le débit maximal pour la charge maximale et maintenir 24°C dans l’ambiance. Ici encore, l’insertion d’une zone neutre entre chaud et froid sera énergétiquement obligatoire.

On perçoit le défaut de ce système : le chauffage est assuré sous un débit d’air minimal… La puissance de chauffe ne pourra être très élevée ! et l’on risque d’augmenter en permanence le débit d’air minimum préréglé uniquement pour des besoins de chauffage.

Cela montre la limite du VAV lorsque l’on veut aussi traiter des locaux ayant des besoins de chauffage.

En pratique, la batterie de chauffe est souvent intégrée dans la boîte de détente. Elle est alimentée en eau chaude, ou remplacée par une résistance électrique (dont la consommation doit être soigneusement étudiée vu le coût du kWh électrique).

Photo batterie de chauffe.

Une gestion de ces résistances électriques est utile :

  • démarrage en Heures Creuses (fin de nuit) lors de la relance,
  • délestage possible de certaines résistances lors de la pointe de puissance quart-horaire.

Pour un bon fonctionnement de la boîte VAV, une gestion de la pression du réseau en amont est nécessaire.

À noter que la présence de batteries de chauffe va augmenter les pertes de charge à vaincre par le ventilateur, hiver (admettons…) comme été (là, c’est plus dommage puisque cette batterie est à l’arrêt !). Mais on parle ici d’une perte de charge de 40 Pa au débit max, soit 10 Pa au débit moitié, ce qui reste faible à comparer au 1 500 PA de l’ensemble du réseau.

A nouveau, à défaut d’un recyclage de l’air, un récupérateur de chaleur peut être prévu entre conduits d’extraction et de pulsion.

3. Soit les batteries sont placées en parallèle par rapport au local

Le schéma suivant est théoriquement possible :

Schéma batteries sont placées en parallèle par rapport au local.

La régulation est complétée par l’enclenchement du ventilateur d’air recyclé lorsque le chauffage est enclenché :

Chaque batterie chaude voit son débit modulé en fonction du thermostat d’ambiance de la zone qu’elle alimente.
Il s’agit d’une solution qui présente plusieurs avantages par rapport à la solution « série »

  • Le débit de pulsion d’air chaud est tout à fait indépendant de l’installation. Par rapport à la solution précédente, un tel fonctionnement en « circuit fermé » permet d’augmenter la puissance de chauffe puisque le débit d’air est plus élevé.
  • En période de relance (avant l’arrivée des occupants), le chauffage peut fonctionner en circuit fermé, sans apport d’air frais extérieur.
  • En été, il n’y a pas de perte de charges supplémentaires générées par le passage de l’air dans la batterie de chauffe.

Mais cette solution est très chère et sophistiquée. On peut penser alors à une solution plus simple :

  • pulsion d’un débit d’air hygiénique constant,
  • complété par des unités terminales à recyclage, équipées de batteries de chaud et de froid dans les zones périphériques et d’une batterie de froid dans la zone centrale.

Mais c’est alors une installation « air-eau » avec ventilo-convecteurs ou MTA (Module de Traitement d’Air) !

Dispositifs d’économie d’énergie

Choix du régime de pression

L’air peut être distribué à des vitesses variant de 5 à 15 m/s.
À débit égal, doubler la vitesse de l’air dans les gaines permet de diminuer par deux la section nécessaire. Le bureau d’études cherchera donc parfois à augmenter la vitesse pour réduire l’encombrement des conduits.  Mais un air pulsé à haute vitesse circule à haute pression. Il doit dès lors être « détendu » à l’entrée du local. C’est le rôle de la boîte de détente.

Un autre inconvénient des hautes vitesses est que 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, variant de 500 à 1 500 Pa.

De plus, à ces hautes pressions, des précautions sérieuses sont à prendre en matière acoustique, notamment au niveau des appareils terminaux (amortisseur de bruit).

Aussi, pour différentes raisons, on a tout intérêt à limiter les vitesses et donc en tout cas à ne pas dépasser une perte de charge de 1 000 Pa pour le dimensionnement du réseau.

À noter que si autrefois les bouches à débit variable exigeaient une pression minimale élevée pour un bon fonctionnement, ce critère n’est pratiquement plus d’application aujourd’hui.

>  pour un réseau à basse vitesse (à basse pression) :

  • la vitesse de déplacement de l’air varie entre 2 m/s (au droit des bouches) et 7 m/s (au départ de la conduite principale).
  • le groupe de reprise d’air (= GE = Groupe d’Extraction) est dimensionné entre 150 et 300 Pa, ce qui entraîne une puissance de 250 à 500 W au moteur, pour 1 m³/s.
  • le groupe de pulsion d’air (= GP = Groupe de Pulsion) est dimensionné entre 450 et 600 Pa, ce qui entraîne une puissance de 750 à 1 000 W au moteur, pour 1 m³/s.

  >  pour un réseau à haute vitesse (à haute pression) :

  • le groupe de pulsion d’air (= GP = Groupe de Pulsion) est dimensionné entre 1 200 et 2 400 Pa, ce qui entraîne une puissance de 1 600 à 3 000 W au moteur, pour 1 m³/s.

Il est généralement utile d’équiper les ventilateurs d’un moteur à deux vitesses afin de réduire la puissance motrice en situation d’occupation réduite.

Exemple.

Chiffrons la différence de consommation entre les réseaux Basse et Haute pression. En moyenne, le réseau Haute pression sera dimensionné sur une perte de charge globale supérieure de 1 000 Pa par rapport au réseau Basse pression (pulsion + extraction). Le supplément de puissance du ventilateur est alors de :

Puissance = Débit x Hauteur manométrique / Rendement

Soit un supplément minimum de 1 300 Watts pour un débit de 1 m³/s transporté, où 0,36 W par m³/h transporté.

Imaginons un groupe de 10 000 m³/h. La consommation supplémentaire annuelle (sur base de 0,1 €/kWh, pointe comprise) sera de :

Suppl. consommation = (10 000 x 0,36 x 24 x 365 / 1 000 [Wh/kWh]) x 0,1 [€/kWh] = 3154 €/an !

Soit près de 100 000 € pour deux ventilateurs en 30 ans de fonctionnement…

Si l’installation ne tourne qu’aux heures de bureau (50 h/semaine), le supplément est ramené à 98 €/an.

Pour l’utilisateur du bâtiment, il y a sûrement une manière plus efficace de dépenser cet argent…

Remarque : à titre d’information, les cliniques St Luc de Bruxelles traitent près de 300 000 m³/h… Le débit de 10 000 m³/h dont il est question ici représente donc l’équivalent du service des urgences…

Si le régime Haute Pression est malgré tout choisi, il est clair qu’il ne faudrait jamais dépasser les 15 m/s, pour limiter la consommation et aussi le bruit produit dans les boîtes de détente.

Récupération de chaleur

Lorsque l’on choisit une installation à débit d’air constant, le coût du traitement d’air d’une installation « tout air neuf » est hors de prix.

La récupération de chaleur sur l’air extrait

Une quantité importante d’énergie peut être récupérée en plaçant un récupérateur de chaleur sur l’air extrait. Le rendement des échangeurs de chaleur à plaque atteint aujourd’hui facilement 80 à 90%.

Différentes technologies de récupération de chaleur sont envisageables : le croisement des flux d’air neuf et extraits dans un échangeur à plaque ou à roue, ou l’échange indirect par l’intermédiaire de batteries et d’une boucle d’eau.

Schéma récupération de chaleur sur l'air extrait.

Le recyclage de l’air extrait

Une autre possibilité de récupération d’énergie est le recyclage d’air extrait.

Schéma recyclage de l'air extrait.

Des registres motorisés modulent les débits d’air recyclé et d’air rejeté. Le débit d’air neuf ne peut cependant jamais descendre sous le débit minimal d’air neuf hygiénique en période d’occupation.

L’efficacité de ce système est dû à plusieurs faits :

  • Dans cette technique, il est possible de moduler le débit d’air neuf en fonction de la présence effective des occupants du ou des locaux. Par exemple, une sonde CO2 placée dans le conduit d’air extrait peut moduler l’ouverture du registre d’air neuf. D’où une fameuse économie !
  • Parmi les systèmes de récupération d’énergie, le recyclage partiel de l’air extrait permet de valoriser aussi bien l’énergie sensible que l’énergie latente (chaleur et humidité).
  • La technique permet de valoriser l’air frais extérieur durant une bonne partie de l’année : la demande de refroidissement des locaux ayant souvent lieu lorsque l’air extérieur est plus froid que l’ambiance, il sera possible d’en profiter par un débit d’air neuf plus élevé, voire apportant les 100 % du débit. Et si l’air neuf est trop froid, la température sera relevée par le mélange avec de l’air chaud extrait des locaux.

Recyclage et récupérateur de de chaleur ne sont bien entendu pas incompatibles. Dans un réseau dimensionnée largement au-delà des besoins d’air hygiénique, on combinera souvent les deux, pour pouvoir à la fois moduler la quantité d’air neuf et maximiser la récupération d’énergie. Pour maximiser le bénéfice énergétique, l’air neuf sera d’abord réchauffé par récupération de chaleur avant d’être mélangé à l’air recyclé.

Dans tous les cas, la modulation du recyclage et de la récupération de chaleur doit être réfléchie pour éviter les surchauffes en mi-saison.

Pour en savoir plus :

 Études de cas 

 Recyclage ou tout air neuf pour une salle d’opération.

Calculs

Dans les outils de calcul – rubrique « Climatisation » – vous trouverez un outil permettant de calculer les caractéristiques d’un mélange d’air. 

Free cooling

Cette technique vise à valoriser l’air frais extérieur lorsque la demande de refroidissement a lieu alors que l’air extérieur est plus froid que l’ambiance. Dans ces conditions, il sera possible d’en profiter en engageant un débit d’air neuf plus élevé, voire apportant les 100 % du débit. Et si l’air neuf est trop froid, la température sera relevée par récupération de chaleur ou par recyclage de l’air chaud extrait des locaux.

Une installation VAV est particulièrement bien adaptée pour une utilisation optimale des énergies gratuites par free cooling. Cette pratique s’applique également dans le cas de systèmes à débit constant.

  • En hiver, de l’air frais extérieur peut alimenter les zones à rafraîchir sans nécessiter l’enclenchement des groupes frigorifiques.
  • En été, une ventilation nocturne peut décharger le bâtiment de la chaleur accumulée en journée.

Mais il faut être attentif à plusieurs problèmes :

Ne pas casser du froid par du chaud !

Si la zone centrale demande du froid alors que la zone périphérique souhaite de la chaleur, on utilisera  de l’air extérieur « gratuit » en centrale, préparé pour les besoins de la zone intérieure (à 16°C par exemple), et cet air sera ensuite post chauffé dans les zones périphériques.

En aucun cas, il ne faudrait créer du froid par une machine frigorifique et simultanément alimenter les batteries de chauffe par le réseau de chauffage. C’est d’ailleurs une solution interdite par la réglementation thermique française. À la limite on pourrait imaginer de récupérer la chaleur du condenseur de la machine frigorifique. Mais un tel système serait inadapté ici.

Privilégier le recyclage partiel de l’air extrait des locaux

En hiver, on souhaite profiter de l’air extérieur pour alimenter le réseau d’air froid, mais 65 % du temps, l’air extérieur est inférieur à 14°C et doit donc être réchauffé avant d’être pulsé dans les locaux. Il serait dommage, alors que l’on veut économiser le groupe frigorifique, de tout reperdre en chauffage…

Un recyclage partiel de l’air extrait est ici tout indiqué. Ainsi, l’air extrait des locaux (à 24°) sera mélangé à l’air neuf extérieur pour obtenir la température juste souhaitée, sans surcoût énergétique. Par exemple :

50 % d’air extrait à 24°C + 50 % d’air neuf à 8°C = 100 % d’air à 16°C

Études de cas

 Les bilans énergétiques d’une installation avec et sans recyclage ont été réalisés pour le cas de 4 locaux de consultation à l’hôpital de Chimay.

Schéma recyclage partiel de l'air extrait des locaux.

C’est une très bonne solution si les locaux requièrent par eux-mêmes un apport d’air élevé (local de réunion intérieur, salle de conférence). Cet air est alors utilisé simultanément pour rafraîchir.

Remarques.
Dans tous les cas, l’analyse système/zone est très importante pour adapter les groupes aux besoins de chaque zone. « Zoner les locaux », c’est ici la première démarche URE.

Si le recyclage n’est pas souhaité pour des raisons hygiéniques, il est possible de placer un récupérateur de chaleur sur l’air extrait qui transférera la chaleur sans autoriser de contact entre l’air vicié et l’air neuf.

Pour en savoir plus :

Concevoir

 Valoriser la fraicheur de l’environnement.

Choix de la régulation

La régulation d’une installation « à volume d’air variable » se décompose en de multiples régulations imbriquées.

La régulation classique d’un espace refroidi par une installation « tout air » dissocie la régulation :

  • d’une part de la température en agissant sur les batteries froides et chaudes,
  • D’autre part, dans le cas du VAV, du débit d’air en agissant sur les clapets de réglage d’air neuf et d’air recyclé.

En conception énergétique, il est intéressant de mixer les deux pour pouvoir récupérer au maximum l’énergie contenue dans le recyclage.
Ainsi, pour un local refroidi par VAV :

La régulation de la température intérieure,
> requiert la régulation du débit d’air,
> qui requiert la régulation de la pression dans le conduit d’air pulsé,
> qui entraîne la régulation de la pression dans le conduit d’air repris,
> ceci sous-entendant la régulation du débit des ventilateurs.

La régulation de la température intérieure

Dans le cas d’une installation à débit constant, la sonde de température de l’ambiance envoie son signal au régulateur de température qui le compare à la valeur de consigne. Imaginons que ce soit l’été et qu’il fasse trop froid dans l’ambiance. Suite à l’écart détecté, la vanne de froid est fermée progressivement.

Si la température d’ambiance continue à baisser, et descend en dessous de la zone neutre, c’est la vanne de chaud qui est ouverte progressivement.

Si la zone contient plusieurs locaux, il arrive souvent que la sonde soit placée dans la reprise d’air afin de mesurer la valeur moyenne des locaux traités.

Ceci est le schéma classique avec une zone neutre dans laquelle les batteries froides et chaudes sont fermées. Dans certains locaux, tels que des salles d’opération,  il n’y aura pas de zone neutre !

Remarque : la vanne de froid peut donc s’ouvrir soit pour déshumidifier l’ambiance, soit pour la refroidir. Le régulateur d’humidité devra être informé de la demande du régulateur de température et il prendra la demande la plus exigeante pour agir sur la vanne.

Notons que les exigences de température de certains locaux tels que des zones à risque de contamination élevé sont importantes et ne laissent pas de place à une plage neutre de température dans laquelle les vannes des batteries froides et chaudes sont fermées : il y a donc destruction d’énergie ! Dans un système à recyclage, il existe un moyen de combattre la destruction d’énergie par un savant mixage des consommations des équipements de la centrale de climatisation et d’énergie de recyclage.

Dans le cas d’une installation VAV, le principe de base consiste à réguler la température intérieure en  moduler le débit d’air en fonction des besoins, et non la température de pulsion.

Si le chauffage est apporté par une batterie terminale, une régulation simple « à une sortie » consiste à moduler le débit en fonction d’une seule courbe de température :

  • en plein été, le débit est maximal,
  • en mi-saison, la température intérieure diminue et le débit d’air diminue également, jusqu’à atteindre le débit minimal (au moins le débit hygiénique),
  • en hiver, ce même débit minimum reste pulsé, mais c’est la température de l’air qui augmente pour couvrir les besoins de chauffage. On agit alors sur l’ouverture de la vanne de la batterie terminale.

Par contre, si le chauffage est apporté par l’air, on adopte une régulation « à deux sorties ». Elle est basée sur le raisonnement ci-dessous.

En hiver, une augmentation de la température dans le local va entraîner une diminution du débit d’air chaud pulsé. En été, au contraire, une augmentation de température intérieure va entraîner une augmentation du débit d’air froid pulsé.

Il est donc nécessaire d’inverser le sens d’action du régulateur en fonction de la saison. Ce changement peut être réalisé par un thermostat extérieur, par exemple réglé sur 15°C. De plus, une zone neutre sera ménagée par décalage des points de consigne hiver et été.

Cette commutation ne s’appliquera pas dans les locaux soumis uniquement à des apports de chaleur (zones centrales des immeubles climatisés).

Si les besoins des locaux sont liés aux conditions climatiques, la température de l’air pulsé peut aussi être adaptée en fonction de la température extérieure, via une loi de correspondance donnée (sorte de « courbe de chauffe », étendue en été).

Enfin, pour mieux tenir compte des besoins réels (présence des personnes, des équipements,…), la consigne peut également être compensée en fonction de l’évolution de la température intérieure. Lorsque l’écart entre la température effective mesurée dans le local et la consigne croît, la température de soufflage est augmentée en hiver et diminuée en été. La difficulté consiste à trouver le local « témoin »… Problème qui peut être résolu si une GTC est installée sur le bâtiment : dans ce cas, les informations de tous les régulateurs locaux sont envoyées par le bus de communication vers la centrale qui retient l’exigence la plus forte.

À noter que, pas plus que dans les autres systèmes de climatisation de bureaux, l’humidité des locaux ne peut être régulée local par local. Seul un réglage global de l’hygrométrie est possible dans le caisson de traitement central, sur base d’une mesure de l’humidité dans la gaine de reprise commune. Cette valeur moyenne est généralement suffisante vu la faible sensibilité du corps humain à l’humidité ambiante.

La limite basse de température de soufflage

Imaginons une salle de conférences de plusieurs centaines de personnes. La température extérieure est de 10°C. Vu les apports de chaleur importants donnés par les occupants, on aimerait pouvoir pulser un maximum de cet air extérieur frais « gratuit ».

Mais il faut que les bouches de soufflage soient prévues pour mélanger rapidement l’air frais avec l’air ambiant. On choisira des bouches à haute induction.

A défaut, les occupants risquent d’être incommodés par la coulée d’air froid. Il faudra alors préchauffer l’air entrant à une température minimale réglée par l’exploitant.

De là, une sonde de limite basse de température de soufflage, informant le régulateur de température, qui lui agit sur la vanne de la batterie de chaud ou de froid.

La régulation de l’humidité

Pour la plupart des installations, le contrôle précis de l’humidité ne se justifie pas : il suffit de s’assurer que l’humidité de l’ambiance est comprise entre 40 et 60 %, plage du « grand confort ». C’est le cas des salles de conférences, de cinéma, de gymnastique, dans les restaurants, les centres commerciaux, … Il n’y a que dans des cas particuliers comme les salles d’opération ou les laboratoires que le contrôle strict de l’humidité se justifie.

Autrement dit,

  • en dessous de 40 % d’humidité relative, la vanne de l’humidificateur s’ouvre progressivement,
  • au-dessus de 40 %, l’humidificateur est à l’arrêt,
  • au-dessus de 60 %, la déshumidification est enclenchée par l’ouverture progressive de la vanne de froid.

C’est le rôle du régulateur d’humidité.

Notons qu’il est cependant rare de devoir déshumidifier. Ce ne sera souvent que par temps orageux que l’humidité intérieure dépassera les limites acceptables. C’est pourquoi il n’est pas absolument obligatoire de commander la déshumidification au moyen d’une sonde d’humidité, surtout si l’installation est équipée d’une post-chauffe (cas des installations régulées par point de rosée) engendrant une destruction d’énergie (refroidissement et chauffage successif de l’air).

La régulation de la pression et du débit dans les systèmes VAV

La régulation locale du débit d’air pulsé

On peut adapter le débit par réglage d’un clapet : un servomoteur commande la position d’un clapet en fonction de la température dans le local. Ce clapet est généralement doté d’un système d’auto-réglage en fonction de la pression (afin de maintenir le débit souhaité malgré les variations de la pression du réseau). Il est inséré dans une boîte de détente tapissée d’absorbants acoustiques pour réduire le niveau de bruit. L’air est ensuite réparti vers le local via des diffuseurs.

Schéma sur régulation locale du débit d'air pulsé.

Il est également possible de faire varier le débit en agissant directement au niveau des diffuseurs. Le clapet est cette fois intégré dans le diffuseur. C’est la gaine de pulsion qui joue le rôle de plenum de distribution. Ici aussi, des absorbants acoustiques sont intégrés dans les parois.

Schéma sur régulation locale du débit d'air pulsé.

Les diffuseurs utilisés sont spécifiques aux installations à débit d’air variable. En effet, le confort doit être assuré quel que soit le débit pulsé. Curieusement, le risque d’inconfort apparaît lors des faibles débits : l’air à faible vitesse ne se mélange pas bien à l’air ambiant (faible induction) et « tombe » sur les occupants. Dans ce but, l’air est diffusé tangentiellement au plafond pour bénéficier d’un effet Coanda dans les deux directions.

Malheureusement, la pression n’est pas tout à fait stable dans le réseau, et à une position donnée du clapet ne correspond pas toujours une même valeur de la vitesse de l’air dans la bouche. Aussi, selon les fabricants, divers systèmes complémentaires sont utilisés pour s’assurer de l’adéquation du débit aux besoins.

Imaginons que le régulateur de température détecte une température ambiante supérieure à la consigne. Il envoie au régulateur de débit un signal qui devient sa consigne. Le débit est ajusté. Mais peu de temps après, les vannes des locaux voisins se ferment. La pression monte dans le circuit et le débit a tendance à augmenter. On pourrait attendre la réaction du local, via l’évolution de la température. Mais on préfère réaliser une mesure directe du débit et corriger la consigne du régulateur de débit. Certains constructeurs insèrent alors dans le conduit un capteur de pression dynamique. Puisque celle-ci est proportionnelle au carré de la vitesse, la vitesse réelle du fluide sera connue. Un actionneur pourra modifier la position du siège du clapet et la consigne de débit sera ajustée.

    

En résumé, la température influence la position d’ouverture du clapet. Et la mesure effective du débit déplace la courbe de réglage globalement.

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air pulsé

Lorsque plusieurs clapets se ferment, la pression monte dans le réseau. Les clapets encore ouverts sont perturbés dans leur régulation et de plus, ont tendance à augmenter leur niveau de bruit lors du passage de l’air.

Une régulation de la pression du réseau sera organisée. Un capteur de pression sera placé dans la gaine (idéalement entre la moitié et les deux tiers du réseau) et une régulation du ventilateur sera organisée en vue de pulser le débit juste nécessaire et de maintenir une pression constante dans le réseau. Idéalement, via un variateur de vitesse sur le moteur du ventilateur.

Si une Gestion Technique Centralisée est prévue dans la bâtiment, ou simplement un système de centralisation des informations issues des boîtes de réglage, les possibilités actuelles de régulation permettent de se libérer de cette contrainte du maintien de la pression en un endroit donné de la gaine. En effet, on mesure à présent le débit réel pulsé au droit de chaque bouche, et cette information permet de commander le ventilateur de telle sorte que le débit de la bouche la plus défavorisée soit tout juste atteint.

La régulation locale du débit d’air repris

Si le débit d’air pulsé évolue, il faudrait que le débit d’air repris évolue conjointement. Idéalement, il faudrait agir localement sur le débit des bouches de reprise, puis globalement sur le débit du ventilateur de reprise.

Trois régulations sont possibles :

Schéma sur la régulation locale du débit d'air repris.

Soit le régulateur de température ambiante envoie le même signal au clapet de reprise qu’au clapet de pulsion,

Soit la sonde de débit d’air pulsé envoie son information vers le régulateur du clapet de reprise,

Soit enfin, on ajoute un capteur de pression dans le local pour réguler directement la surpression ou la dépression existante dans le local.

Cette dernière solution sera d’application lorsque l’on souhaitera maintenir volontairement la surpression ou la dépression d’un local (salle d’opération, salle blanche,…)

Mais un tel système est impayable ! Il n’est pas vraiment nécessaire d’identifier pulsion et extraction dans chaque local. On s’accorde généralement à dire qu’une gestion de l’air par zone ou par étage (au niveau de la trémie d’extraction) est suffisante pour éviter un transfert d’air parasite entre étages. On travaillera donc au niveau de la pression dans le conduit d’air repris.

La régulation globale de la pression dans le conduit d’air repris

Trois solutions sont possibles :

Soit les commandes des ventilateurs de pulsion et de reprise sont synchronisées (le variateur de vitesse agit sur les deux moteurs simultanément). Mais ce système impose que les ventilateurs aient des caractéristiques aérauliques semblables. Or, les deux réseaux sont différents. Des écarts de débit apparaissent et les locaux risquent de ne plus être maintenus en surpression…

Soit ce sont les pressions des deux réseaux qui sont comparées et le ventilateur de reprise est régulé de façon à maintenir en permanence une différence de pression donnée.

Soit enfin, ce sont les débits qui sont comparés entre pulsion et reprise et la régulation se fait en fonction d’un débit différentiel constant.

À noter que dans les installations qui sont supervisées par une régulation numérique, le bus de communication peut signaler la position ou le débit réel de chaque boîte de détente. Le régulateur central somme alors ces débits pour définir le débit total des groupes de pulsion et d’extraction.

Quelle régulation de vitesse des ventilateurs ?

Plusieurs modes de réglage permettent d’adapter le débit des ventilateurs (de pulsion et/ou d’extraction) en fonction de la grandeur de référence :

Tous ces modes de réglage n’entraînent pas la même économie électrique. Le by-pass (l’équivalent de la soupape différentielle utilisée en chauffage) peut même conduire à une augmentation de la consommation.

Il ressort de la comparaison des différents types de réglage que la solution énergétiquement la plus intéressante est la variation de la vitesse du ventilateur, soit par paliers grâce à des moteurs à plusieurs vitesses, soit de façon continue au moyen d’un convertisseur de fréquence.

Gamme de convertisseurs de fréquence.

Cependant, lorsque les plages de réglage souhaitées sont assez réduites, les solutions de l’étranglement (plage de réglage maximum de 100 à 85 %) ou des aubages de prérotation (réglage de 100 à 70 %, uniquement pour les ventilateurs centrifuges à aubes recourbées vers l’arrière et les ventilateurs hélicoïdes) sont des solutions satisfaisantes.

Cette dernière solution, de moins en moins utilisée, peut cependant devenir plus intéressante que la variation de vitesse du ventilateur, pour les ventilateurs de très grosse puissance (40 .. 50 kW). En effet, un convertisseur de fréquence devant gérer une telle puissance est très coûteux.

Pour les ventilateurs hélicoïdes, la modification automatique de l’angle de calage des aubes conduit à une diminution de la consommation électrique presque équivalente à la variation de vitesse.

La gestion de l’apport d’air neuf

Il importe d’adapter à tout moment le débit d’air neuf adéquat. On peut parler d’une véritable gestion de l’air neuf, puisque :

  • Lorsqu’il fait très chaud dehors (T° > 25°C), l’air neuf doit être réduit au minimum hygiénique pour limiter les coûts de refroidissement.
  • Lorsqu’il fait froid dehors(T° < 16°C) et que le système de chauffage est enclenché, l’air neuf doit également être réduit au minimum hygiénique.
  • 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).

C’est donc le régulateur de température qui va organiser l’ouverture du registre d’air neuf, en comparant la température de l’air repris et de l’air neuf. On réalise parfois la comparaison des enthalpies (= des énergies), ce qui est plus précis puisque ce sont les niveaux d’énergie contenue dans l’air qui sont comparés : température + humidité de l’air.

Dans une installation VAV, quelles que soient les exigences thermiques, les besoins en air hygiénique doivent être rencontrés. Dans les installations avec « air recyclé », le registre d’air neuf devra en permanence être adapté : si le débit d’air à pulser dans les locaux est faible, la part de l’air neuf sera importante (jusqu’à 100 %). Au contraire, un grand débit pulsé entraîne une faible proportion d’air neuf.

Ce qui corse la régulation, c’est que les ventilateurs travaillent toujours dans des conditions différentes : ainsi, le débit de 100 % d’air neuf est souvent demandé lorsque les ventilateurs tournent à très basse vitesse…

La position des registres n’est pas significative du débit réel. Aussi, une sonde de vitesse d’air sera placée dans le conduit d’air neuf et agira sur les registres d’air neuf et de reprise pour maintenir le minimum hygiénique par mesure directe. De plus, si du free cooling est organisé pour refroidir les locaux, il sera prioritaire et l’apport d’air extérieur sera maximal.

Une régulation basée sur une sonde de présence, sonde CO2,sonde de qualité d’air, permet également de faciliter la gestion du débit d’air neuf.

Également, il est possible de stopper totalement l’arrivée d’air neuf en période de relance du bâtiment (avant l’arrivée des occupants). Cette technique permet de diminuer la puissance installée des chaudières.

Remarque : le registre d’air neuf peut donc s’ouvrir soit pour apporter l’air neuf minimal, soit pour refroidir l’ambiance. Le régulateur de qualité d’air devra être informé de la demande du régulateur de température et il prendra la demande la plus exigeante pour agir sur le servomoteur du registre d’air neuf.

On trouvera plus de détails dans la régulation du taux d’air neuf d’une installation tout air et la régulation du débit d’air variable dans un conduit.

Les sécurités de fonctionnement

Un thermostat antigel est placé en aval de la batterie de chauffe, mais le plus près possible de celle-ci pour être influencé par son rayonnement.

Ce thermostat antigel ouvre progressivement la vanne de chauffe si la température descend en dessous de la valeur de consigne antigel. Par exemple : si la consigne antigel est de 2°C, quand la température du thermostat descend en dessous de 8°C, la vanne s’ouvre progressivement. À 2°C, elle est totalement ouverte. Si la température continue à descendre, le registre d’air neuf est fermé (action par « tout ou rien ») et l’alarme est enclenchée. S’il n’y a pas de recyclage, les ventilateurs doivent être arrêtés également.

À l’arrêt de l’installation, la vanne de la batterie de chauffe et le registre d’air neuf doivent se fermer et les ventilateurs doivent s’arrêter.

Deux pressostats différentiels contrôlent le fonctionnement des ventilateurs. S’ils ne sont pas satisfaits, le registre d’air neuf est fermé et l’alarme est enclenchée.

Un pressostat différentiel contrôle l’encrassement du filtre sur l’air neuf et enclenche une alarme en cas d’encrassement.

Le schéma de régulation global

Si l’ensemble des contraintes sont résumées dans un seul schéma, on aura, pour un système à débit constant :

Mais cette présentation correspond à la logique analogique, où les différents régulateurs sont imbriqués. Si le même problème est vu par un régulateur numérique, il traitera toutes les données (= INPUT) dans un seul programme de traitement (comme un programme d’ordinateur) et il fournira en sortie toutes les commandes (= OUTPUT) pour les différents moteurs et vannes.

Mieux, un bus de communication va parcourir le bâtiment, collecter les INPUT et alimenter les OUTPUT :

À noter que tous les branchements ne sont pas représentés, notamment parce que les commandes de sécurité restent locales.

Paramètres de dimensionnement

Une diminution des dimensions de la centrale de traitement d’air par rapport au système à débit constant

Comparons les systèmes :

  • Avec un système à débit d’air constant, chaque local est dimensionné avec un débit d’air permettant de répondre à la charge frigorifique extrême; dans le caisson de traitement d’air central, on devra traiter (en permanence !) le total des débits maximaux de tous les locaux.
  • Par contre, avec le système VAV, on va tenir compte du fait que le soleil tourne autour du bâtiment et que la charge maximale de la façade Ouest survient lorsque la façade Est est à faible demande; la centrale de préparation sera dimensionnée sur base du cumul instantané possible entre tous les locaux,… ce qui est déjà nettement plus raisonnable ! De même, si ce sont des bureaux, des locaux de réunion, … dont on peut prévoir qu’ils ne seront pas tous occupés en permanence, on peut tabler sur un certain foisonnement de la puissance totale de l’installation.

Il en résulte une économie du coût d’investissement de la centrale, par rapport à un système à débit constant. Mais encore faut-il que la taille de la centrale ne soit pas trop importante (n’oublions pas que l’on travaille avec des débits horaires correspondants à 6…8 renouvellements horaires !), que la localisation de la centrale, que les distances par rapport aux trémies verticales, … permettent un tel regroupement. Peut-être devra-t-on répartir les locaux par zones et perdre l’intérêt du regroupement ? Peut-être est-ce la régulation qui va imposer le découpage par zones distinctes ?

On constate ici toute l’importance qu’il faut attacher à définir correctement avec le Maître d’Ouvrage la configuration des zones homogènes et le coefficient de simultanéité d’occupation des locaux de chaque zone.

Température de l’air

Une température de pulsion minimale de 14° est tout à fait possible, parfois même 12°C. Suite à un fort effet d’induction, cet air se mélange à l’air ambiant, si bien que l’on développe une veine d’air à 19°C.

Attention, ceci suppose une T° de sortie de batterie froide de 11 à 12°C, suite aux apports du ventilateur (2K) et des gaines dans le bâtiment (1K). Ce qui signifie que, lors du free cooling, pour pouvoir assurer son effet refroidissant à 14°C dans le local, l’air extérieur doit également être à 11° ou 12°C ! D’où une diminution de l’énergie frigorifique gratuite.

Dans le local, la T° prise pour l’ambiance est une valeur de 25°C. Le Delta T° de travail de l’air froid dans le local est donc de (25-14) = 11 K.

Débits

On rencontre un débit maximal de 15 à 46 m³/h par m² traité. Soit avec une hauteur sous plafond :

  • De 2,7 m : un taux de brassage de 5,5 à 17 ren/h
  • De 3 m : un taux de brassage de 5 à 15 ren/h

Soit une puissance frigorifique de 150 à 190 W/m² !

Le débit minimal (pour assurer un brassage d’air et un taux d’induction suffisant) est de l’ordre de 9 m³/h par m² traité. Soit avec une hauteur sous plafond :

  • De 2,7 m : un taux de brassage de 3,3 ren/h
  • De 3 m : un taux de brassage de 3 ren/h

Ce qui est donc bien un équivalent de 3 x le débit hygiénique… sauf dans les salles de réunions.

La sélection des équipements terminaux

Il importe de sélectionner le matériel de telle sorte que le registre ait une bonne autorité sur le débit d’air qu’il contrôle.

On sera attentif à la bonne distribution de l’air dans les locaux en fonction des différents régimes de débits d’air. Il est possible de demander au fabricant de la bouche prévue un profil de distribution d’air dans le local aux différentes vitesses.

Actuellement, la régulation par vitesse variable sur des moteurs asynchrones des ventilateurs ne pose plus de problème.

Il faut être attentif au débit de limite basse admissible par l’appareil. On sait que le débit minimum est ajusté :

  • soit au débit d’air hygiénique,
  • soit à un débit plus élevé, pour les besoins d’une bonne distribution de l’air dans le local,
  • soit à un débit plus élevé pour les besoins de chauffage du local (si régulation « à une sortie »).

C’est ce qui entraîne, par exemple, un débit minimum égal à 30 % du débit nominal dimensionné pour l’été. Or ce débit minimum doit être le plus faible possible pour limiter la consommation de l’installation. On veillera donc tout particulièrement à ne pas surdimensionner les besoins en chauffage des locaux. Idéalement, on intégrera, avec l’accord du Maître d’Ouvrage, l’idée que les apports internes vont participer au chauffage des locaux et que donc l’installation peut être diminuée d’autant. Lors de la relance du matin de l’installation, l’arrivée d’air neuf sera stoppée et le bâtiment montera en température par recyclage de l’air intérieur.

À noter que pour la climatisation des zones internes, on dimensionne le débit minimum pour éliminer de toute façon la charge d’éclairage, puisque l’on sait qu’elle sera toujours présente.

Enfin, on sera attentif au fait que ce n’est pas forcément le bilan d’été qui entraînera les puissances frigorifiques maximales. Le Sud pourrait être plus pénalisant à certains moments de la mi-saison.

Critères acoustiques

Le niveau sonore généralement souhaité dans les bureaux (NR 35 ou 40 dB(A) environ) suppose une étude acoustique sérieuse de l’installation, surtout si le régime Haute Pression est adopté.

Il faut savoir que le respect des critères acoustiques est traité (par le bureau d’études) après le dimensionnement des réseaux.

Attention dès lors à ne pas imposer un niveau acoustique trop faible dans les locaux (parfois non justifié, suite à l’existence de bruits provenant des autres équipements ou des occupants par exemple), car le concepteur va avoir pour réflexe d’augmenter l’importance du silencieux à la sortie du groupe de préparation. Or le silencieux crée des pertes de charges supplémentaires et la consommation du ventilateur en sera augmentée toute sa vie durant !

Par contre, c’est la boîte de détente (à l’entrée de laquelle est placée le clapet de réglage) qui doit être suffisamment grande, celle-ci jouant le rôle de plénum de détente acoustique.

Mise en œuvre du groupe de traitement d’air

La surface sur laquelle repose le groupe de traitement d’air doit être suffisamment rigide pour éviter la mise en vibration d’éléments de la structure du bâtiment.

Il est conseillé de placer le groupe de traitement d’air sur une dalle flottante placée sur des plots antivibratiles, surtout si le groupe est placé au-dessus de locaux sensibles que ce soit en toiture ou en local technique.

Afin d’éviter la transmission de vibrations à la structure du bâtiment, on raccorde les caissons du groupe et les gaines avec des manchettes souples.

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.

On constate que la prise d’air peut être aussi bruyante que la pulsion. On placera dès lors un silencieux dans la gaine de prise d’air neuf et sur la gaine de pulsion d’air. De même, en toiture, il faut toujours éloigner les groupes de traitement d’air des grilles de rejet d’air vicié, car le bruit du groupe de traitement d’air pourrait se transmettre, vers les locaux occupés, via la gaine de rejet d’air.

Tout particulièrement, les boîtes de mélange des systèmes « dual duct » seront sources de bruit et demanderont un traitement spécifique.

Dans les réseaux à Haute Pression, les boîtes de détente seront insonorisées pour amortir le bruit.

Critères économiques

Les systèmes mono-gaines à débit constant ont un coût d’installation variant 125 et 190 €/m² (HTVA) pour une installation complète. Les coûts de maintenance varient, suivant le surface, entre 1,75 à 5 €/m² par an.

Avec un prix compris entre 137,5 et 212,5 €/m², l’installation VAV est plutôt plus chère qu’une installation par ventilos-convecteurs. Elle devrait être moins chère qu’une installation à débit constant suite à la taille plus réduite du caisson de préparation en centrale, mais le coût de la régulation en est nettement plus élevé.

Check-list du projet

Des questions à se poser :

Plus d’infos ?
Les systèmes à débit constant ne convient, en pratique, que pour traiter un seul local ou plusieurs locaux mais de températures homogènes. Est-ce votre cas ? détails

Le découpage par zones permet-il de réguler correctement les ambiances, tout en profitant d’un coefficient de foisonnement pour le dimensionnement des groupes de traitement d’air ? (exemple : regroupement des salles de réunion sur une même centrale)

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La vitesse de dimensionnement choisie est-elle nécessaire pour réduire l’encombrement ? Ne peut-on pas élargir les conduits pour diminuer les coûts d’exploitation et le bruit durant toute la vie de ce système ?

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Ne pourrait-on pas éviter le régime Haute Pression ? La vitesse de l’air dans les conduits est-elle nécessaire pour réduire l’encombrement ? Ne peut-on pas élargir les conduits pour diminuer les coûts d’exploitation et le bruit durant toute la vie de ce système ? Ne doit-on pas imaginer des ventilateurs à 2 vitesses ? détails

Le débit d’air neuf hygiénique est-il assuré quel que soit le débit pulsé ?

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Le système permet-il de valoriser l’air neuf extérieur « gratuit » si la température est adéquate (free cooling) ?

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Un récupérateur de chaleur est-il placé sur l’air extrait ? Un recyclage partiel de l’air extrait est-il prévu ? détails

Le choix du système de chauffage est-il le plus adéquat ? Si des résistances électriques sont prévues, une étude de consommation probable a-t-elle été faite ? Un délestage est-il prévu ? Un mode de fonctionnement en recyclage (pas d’apport d’air neuf) est-il prévu par la régulation lors de la relance du matin ?

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La régulation interdit-elle tout fonctionnement simultané du chauffage et du refroidissement ? (présence d’une « zone neutre »)

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La régulation du débit pulsé entraîne-t-elle véritablement une diminution de l’air traité et une diminution de la vitesse de rotation des ventilateurs (pas de by-pass de l’air non pulsé) ?

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Le débit minimum a-t-il été préréglé à la valeur vraiment minimale (la plus proche possible du débit hygiénique) ?

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La sélection des bouches permettra-t-elle une bonne distribution de l’air, même lors du débit minimum ?

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La qualité acoustique du projet est-elle suffisante ?

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Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Ventilation double flux

© Architecture et climat 2023.

  1. Air neuf
  2. Air rejeté
  3. Prise d’air extérieur
  4. Bouches de pulsion
  5. Reprise d’air via grille de transfert
  6. Réseau de gainage
  7. Bouches d’extraction
  8. Silencieux
  9. Ventilateur
  10. Récupérateur de chaleur
  11. Filtres

Principe

La ventilation « double flux » (système D, pour la norme NBN D50-001) consiste à organiser :

  • la pulsion mécanique d’air neuf, filtré, dans les locaux,
  • l’extraction mécanique d’air vicié des locaux.

On peut pulser l’air neuf dans les locaux dits « propres » (bureaux, séjour, …) et extraire l’air dans les locaux « humides » ou « viciés » (sanitaires, cuisines).

En général, la ventilation double flux est centralisée ce qui permet de n’avoir qu’un seul groupe de pulsion/extraction pour le bâtiment ou partie de bâtiment. Toutefois, chaque local peut aussi disposer d’une pulsion et d’une extraction propres, on parle alors de ventilation double flux décentralisée. Des systèmes existent même depuis peu qui permettent de pulser et d’extraire l’air au niveau d’une pièce grâce à un seul appareil à insérer au niveau du châssis ou dans le mur.

Les locaux produisant des odeurs ou ayant des exigences sanitaires sont généralement maintenus en dépression de telle sorte que l’air vicié ne s’en échappe pas !

La pulsion se distribue via un réseau de conduites verticales et horizontales dans les faux plafonds. Les conduits verticaux d’évacuation d’air sont semblables aux conduits des systèmes « simple flux » et peuvent être disposés parallèlement aux conduits verticaux d’amenée d’air.

Les bouches d’amenée d’air sont de type murale (par exemple, dans les retombés des faux plafonds), ou de type plafonnier s’il existe des faux plafonds dans le local. Chaque bouche, avec généralement un plénum de détente, est raccordée au circuit de soufflage par un conduit en tête duquel est installé un registre de réglage des débits.

 

Grille murale et diffuseur plafonnier.

Plusieurs compléments peuvent apparaître :

  • une récupération de chaleur par échange entre l’air extrait et l’air neuf
  • un traitement en température et en humidité, pour assurer un confort optimal
  • un recyclage partiel de l’air, dans le cas où l’air de ventilation assure également le chauffage des locaux, le refroidissement, …

Mais on entre alors dans des techniques propres au conditionnement d’air, dont la ventilation n’est qu’un des objectifs …

Exemples

Pulsion et extraction dans chaque local

© Architecture et climat 2023.

  1. Air neuf
  2. Air rejeté

Pulsion dans le local et extraction sanitaire

  • Une gaine de pulsion est prévue dans le faux plafond des couloirs.
  • Des extractions complémentaires peuvent être disposées dans les couloirs si le débit recommandé des sanitaires est inférieur à celui des bureaux.
  • Les locaux de bureaux sont maintenus à l’équilibre pulsion-extraction. Souvent, un léger excédent est donné à la pulsion pour maintenir les locaux en surpression et empêcher ainsi tout courant d’air par infiltration.
  • Pour un hôtel ou un hôpital, chaque chambre avec sanitaire est autonome au niveau de sa ventilation (pulsion dans la chambre et extraction dans chaque sanitaire).
  • La pulsion se fera dans une salle de sports et l’extraction dans les vestiaires… afin que l’odeur des baskets y reste confinée !

Avantages

  • C’est le système le plus « maîtrisable ». Quelles que soient les conditions climatiques extérieures (vent, température), il est possible de :
    • capter l’air extérieur à un endroit « sain »,
    • filtrer cet air,
    • contrôler les débits de pulsion et d’extraction, indépendamment des influences externes,
    • mettre à volonté certains locaux en surpression ou en dépression.
  • Il permet de prétraiter l’air pour l’amener dans des conditions de température proches de celles des locaux, ce qui évite tout inconfort.
  • De plus, il permet la récupération de la chaleur (et éventuellement du froid en été) contenu dans l’air extrait pour préchauffer l’air neuf pulsé.
  • L’organisation d’un recyclage de l’air est possible si les conditions d’hygiène le permettent et que les conduits de pulsion et d’extraction sont proches l’un de l’autre.
  • Si les conduites de distribution sont bien étudiées, les problèmes de transmission de bruit venant de l’extérieur sont limités (absence d’ouverture directe en façade).

Inconvénients

  • C’est un système coûteux à l’investissement en euros et en place ! Les conduits de soufflage doivent généralement trouver place dans des faux-plafonds et les gaines techniques verticales.
  • La pulsion de l’air dans les locaux peut engendrer du bruit, notamment au niveau des bouches de diffusion. Il faudra y être attentif dans le cahier des charges.
  • C’est un système très « maitrisable », mais au préalable il faut pouvoir l’équilibrer correctement et pouvoir réguler les débits afin de s’assurer les renouvellements d’air requis.
  • En outre, il est nécessaire de contrôler et limiter les entrées d’air parasites : infiltrations et ventilation. Il faudra donc veiller à ce que l’étanchéité à l’air du bâtiment soit suffisamment performante et à ce qu’il n’y ai pas d’ouvertures de fenêtres intempestives, ce qui n’est plaît pas toujours aux usagers…

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

Dans la configuration « ventilation pure », un préchauffage de l’air neuf en hiver (au moyen d’une batterie à eau chaude ou d’une batterie électrique) est presque indispensable pour rapprocher la température de l’air soufflé de la température ambiante et éviter toute sensation de courant d’air. En été, l’air neuf soufflé ne doit pas être traité et est introduit à la température extérieure.

Dans ce cas, la ventilation et chauffage du local sont dissociés et régulés tout à fait distinctement. Ceci est logique puisque le débit d’air neuf hygiénique est souvent beaucoup plus faible que le débit nécessaire pour transporter de la chaleur et du froid. Pour assurer simultanément la ventilation et le chauffage (ou le refroidissement), il faut donc surdimensionner les équipements nécessaires au transport de l’air et un recyclage partiel de l’air doit dès lors être organisé.

Cette différence de débit s’amenuise lorsque le bâtiment est très bien isolé. Dans ce cas on peut combiner chauffage et ventilation, soit avec des batteries terminales au niveau des bouches de pulsion, soit en traitant l’air de façon centralisée.

Exemple.

Prenons un bureau au sein d’un immeuble. La largeur de façade du bureau est de 4 m , pour une hauteur de 3 m. La profondeur du local est de 5 m. Le bureau est entouré (au-dessus, en dessous et sur les côtés d’autres bureaux. La façade est composée de vitrages sur une hauteur de 2 m et de maçonnerie pour le mètre restant. La température intérieure de consigne est de 20°C.

Le débit d’air neuf recommandé est de 2,9 m³/h.m², soit pour ce bureau de 60 m³, 58 m³/h ou un renouvellement d’air de 1 vol/h.

En imaginant que la température de l’air pulsé soit au maximum de 35°C, la puissance calorifique maximum transportée par l’air de ventilation est de :

0,34 [W/(m³/h).K] x 58 [m³/h] x (35 [°C] – 20 [°C]) = 296 [W]

Puissance et débit nécessaire pour assurer le chauffage par – 9°C extérieurs
Type de façade Puissance de chauffage Débit d’air nécessaire (température de pulsion = 35°C)
Mur non isolé, simple vitrage 1 682 [W] 330 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage 673 [W] 132 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR 394 [W] 77 [m³/h]

On voit que pour un bâtiment non isolé, il faut multiplier le débit d’air hygiénique par 5 si on veut combiner chauffage et ventilation. Une majoration de moins de 50 % est seulement nécessaire pour des bâtiments bien isolés.

Récupération de chaleur

L’ air neuf de ventilation, après avoir été porté à la température de confort à l’intérieur du bâtiment, est rejeté à l’extérieur alors qu’il possède un niveau énergétique supérieur à l’air extérieur que l’on introduit. Au contraire de la ventilation simple flux, une récupération de chaleur via un récupérateur à chaleur est possible avec la ventilation double flux grâce au croisement du flux entrant avec le flux sortant : l’air extérieure pulsé est réchauffé par l’air intérieur extrait. On peut ainsi arriver à une récupération de 50 .. 90 % du budget de chauffage de l’air de ventilation.

La ventilation double flux décentralisée

En générale, la ventilation double flux est centralisé sur l’entièreté ou une partie du bâtiment. Mais il est également possible de décentralisé la ventilation au niveau d’un local ou d’un groupe de pièce restreintes (une chambre d’hôpital et sa salle de bain, par exemple). Il n’y a donc pas de transfert d’air depuis des locaux où il y a pulsion vers des locaux d’extraction.

Schéma ventilation double flux décentralisée.

La ventilation double flux décentralisée peut se réaliser soit grâce à un groupe de ventilation « classique propre » à la pièce soit grâce à un ou plusieurs groupe de ventilation « miniaturisé » disposé dans le mur ou au dessus d’une fenêtre comme une grille de ventilation naturelle. Ce dernier système joue donc un rôle de grille de ventilation complexe comprenant un système de pulsion et d’extraction ainsi qu’un récupérateur de chaleur et une variation des débits sur 5 niveaux. Il n’y a donc plus aucun conduit.

Avantages

  • La récupération de chaleur reste possible.
  • La décentralisation du système permet de réduire l’encombrement dû au conduits. Les conduits peuvent être réduits en taille (diamètre) puisque directement adaptés au débit d’une seule pièce et en longueur si les prises et rejets d’air se font directement à la sortie du local. La limitation des conduits permet aussi une installation plus aisée et une diminution de la taille des faux-plafonds et gaines. Moins de conduits c’est également moins d’entretien !
  • L’équilibrage des débits se fait uniquement en fonction de la pièce, il n’y a pas besoin de calibration.
  • La gestion des débits se fait également directement en fonction des conditions de la pièce (CO2, COV, humidité, …) sans avoir d’impact sur toute la régulation du réseau et des débits voulus dans les autres pièces.
  • Le système de double flux décentralisé au niveau de la fenêtre ou du mur de façade permet aussi de réduire la place prise par le groupe de ventilation.

Inconvénients

  • L’encombrement des conduits est réduit mais il y a autant de groupes de ventilation que de pièces. L’investissement est donc plus important et cela en fait un système énergétiquement moins performant qu’un système double flux centralisé idéal.
  • Pour les systèmes « miniaturisés », plus la taille et les débits demandés de la pièce augmente, plus le nombre de module à installer sera important (au dessus des fenêtres ou dans le mur de façade). Dans le cas d’un système au-dessus de fenêtres, il faut en plus réduire d’environ 15 cm la hauteur du châssis pour placer le système et s’assurer de la bonne étanchéité à l’air de la pièce. Ce système interrompt la continuité châssis-isolation !
  • Les bruits restent importants à haut régime.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir la régulation [Chauffage]

La régulation des chaudières

Réduire les pertes des chaudières

Adapter la température de l’eau

Autrefois, la logique de base était la suivante : puisque l’on ne savait pas à quel moment il y aurait des besoins de chaleur (demande de la zone nord, du ballon d’eau chaude sanitaire, …), la chaudière était maintenue sur son aquastat à température élevée en permanence. Les pertes étaient élevées, les chaufferies étaient surchauffées, idéales pour faire sécher un vêtement détrempé ! Pour les chaudières gaz atmosphériques, la perte de rendement était importante car le foyer, surmonté de la cheminée, se refroidissait en permanence !

Ces 20 dernières années, une amélioration est apparue : la température de maintien de la chaudière est liée à la température extérieure. On parle d’une régulation glissante sur sonde extérieure. La chaudière est réglée à 80° en janvier et à 50° en avril, sauf si une limite basse est prévue pour les besoins de l’eau chaude sanitaire ou pour des raisons de condensation.

Aujourd’hui, avec l’apparition de la régulation numérique, une nouvelle logique apparaît : ce sont les circuits consommateurs qui vont définir la température minimale de chauffe. Si le circuit sud demande une température d’eau de 35°C, et le circuit nord de 43°C, la chaudière sera informée qu’une température de 48°C est suffisante. A présent, la régulation numérique peut avertir la chaudière des besoins des consommateurs et la chaudière peut se maintenir à très basse température sans risque de corrosion, si elle est conçue « très basse température« . C’est l’énergie qui est gagnante puisque les pertes sont limitées au minimum.

Concevoir

 Attention, ce type de régulation a ses limites dans certaines situations :

  • Une installation combinée alimentant à partir du même collecteur primaire un échangeur instantané (échangeur à plaques) pour la production d’eau chaude sanitaire.
  • La combinaison de plusieurs chaudières, régulées en cascade, d’une boucle primaire fermée et de circuits secondaires équipés de vannes mélangeuses.

Pour en savoir plus sur les limites d’application des chaudières « très basse température » : cliquez ici !

Réguler les chaudières et les brûleurs en cascade

Si l’option a été prise de :

  • diviser la puissance à installer en plusieurs chaudières,
  • choisir des brûleurs 2 allures (gaz ou fuel).

> l’ensemble doit faire l’objet d’une régulation en cascade.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le nombre de chaudières et sur le type de brûleur à choisir : cliquez ici !

Cette fonction est prévue dans la plupart des régulateurs modernes qui permettent de gérer en cascade plusieurs chaudières équipées de brûleurs à 2 allures.

Attention, il ne faut pas perdre de vue que la gestion des chaudières en cascade implique le placement de vannes motorisées sur chaque chaudière et commandées par le régulateur.

Protéger les chaudières classiques

Si le choix de la chaudière s’est porté sur une chaudière traditionnelle ne pouvant pas travailler en très basse température, il faudra que la régulation soit adaptée aux prescriptions du fabricant de la chaudière. Ces prescriptions sont le plus souvent :

  • un débit minimal (généralement fixé à un tiers ou à la moitié du débit nominal),
  • une température minimale de l’eau de retour (généralement 55° ou 60°C).

Voici quelques exemples de ce que peuvent imposer les fabricants de chaudières.

Concevoir

 Exemples qui montrent également la complexification de l’installation lorsque l’on ne choisit pas une chaudière très basse température (ou à condensation) à grand volume d’eau.

Pour en savoir plus sur le choix d’une chaudière, cliquez ici !

Circulateur de recyclage

Les exigences de débit et de température de retour minimaux sont généralement rencontrées par la présence d’une pompe de charge (ou pompe de recyclage) en by-pass de l’installation ou, mieux, en série avec le générateur. Le débit minimal d’alimentation de la chaudière est assuré, même si les circuits se ferment, et l’eau froide de retour des radiateurs est mélangée à l’eau chaude venant de la chaudière.

Pompe de recyclage permettant un débit permanent dans la chaudière et le maintient du température minimale de retour.

Commande des chaudières en fonction de la température de départ et de retour

Une alternative pour éviter des retours de température trop froids est de choisir un régulateur qui permet une régulation de l’enclenchement des chaudières en fonction de la température de départ et en fonction de la température de retour : le brûleur s’enclenchera si la température de retour ou la température de départ est trop basse.

Ouverture progressive des circuits secondaires

Mais des risques subsistent le lundi matin, lorsque tous les circuits sont ouverts et envoient vers la chaudière de l’eau à 15°C ! … Condensations internes corrosives, chocs thermiques, … peuvent diminuer la durée de vie de la chaudière. On peut dès lors faire mieux : le(s) régulateur(s) de départ des circuits secondaires peuvent limiter leur ouverture de telle sorte que le mélange (by-pass + retour) ne descende jamais sous les 60°C. Le lundi matin, au démarrage de l’installation, les vannes ne laisseront passer qu’un faible débit d’eau vers les radiateurs pour que progressivement toute l’eau de l’installation se réchauffe. Cette fonction est intégrée aux régulateurs actuels.

Une sonde à l’entrée de la chaudière empêche la (ou les) vanne(s) de s’ouvrir si cette température descend au-dessous de 55°C, par une priorité sur l’action du régulateur en fonction de l’extérieur.

Si la chaudière est coupée complètement durant l’inoccupation du bâtiment, certains fabricants recommandent qu’au démarrage, la chaudière tourne dans « son propre jus » et monte en température, avant de s’ouvrir progressivement vers l’eau du circuit. Cela peut se faire au moyen d’un circulateur et d’une vanne 3 voies par chaudière.

Contrôle de la température retour au démarrage de la chaudière au moyen d’une vanne 3 voies et d’un circulateur par chaudière. Le circulateur sera temporisé à pour continuer à évacuer la chaleur de la chaudière après leur arrêt.

Régulation en température glissante avec limite basse

De plus, la température de départ de la régulation glissante peut avoir une limite basse afin de s’assurer d’une température de retour suffisante.

Conduite d’une chaudière en température glissante avec limitation de la température de départ de la chaudière, pour limiter les pertes de la chaudière et éviter les condensations dans la chaudière.

La régulation de la distribution

Découpage des circuits

A chaque « zone thermique homogène », son circuit spécifique.

C’est le critère essentiel pour une réalisation correcte de la régulation.
Idéalement, le découpage hydraulique coïncidera avec la répartition des locaux ayant des besoins similaires,

  • similaires au niveau des plages horaires d’occupation essentiellement,
  • similaires dans les sollicitations extérieures (soleil, vent,…), ce qui entraîne bien souvent un découpage par façade,
  • dans une moindre mesure, similaires au niveau du type d’équipement de chauffage et au niveau de l’inertie du bâtiment.
Exemple.

Par exemple, dans une école, les locaux de classes et les couloirs attenants peuvent être sur un même circuit : leurs plages d’occupation sont similaires et il suffira de placer des vannes thermostatiques sur les radiateurs pour maintenir 16° dans les couloirs. Par contre, la salle de gymnastique devra disposer d’un circuit distinct si,

  • soit son occupation la distingue du reste de l’école (entraînements sportifs le soir, par exemple),
  • soit son type de corps de chauffe est différent (des aérothermes sont toujours alimentés par de l’eau à haute température).

 

En rénovation, on travaille généralement sur base de circuits de distribution existants. Dès lors, si le découpage des circuits correspond à des zones thermiquement homogènes (un circuit pour les classes, un pour la salle de sports, etc…), une régulation spécifique par zone s’implantera facilement.

Améliorer

 Si par contre, des modifications nombreuses ont eu lieu depuis la conception du bâtiment et que les fonctions ne se superposent plus aux circuits initiaux, il faudra davantage user d’astuces …

Régulation de chaque circuit

Chaque zone thermique est dotée d’une régulation qui lui est propre. Le plus souvent, dans le cas d’un chauffage par radiateur, ce sera une vanne trois voies qui règle la température de l’eau de départ de chaque circuit.

Fonctionnement d’une vanne mélangeuse :
elle mélange l’eau chaude de la chaudière et l’eau froide de retour des radiateurs pour obtenir la température d’eau voulue.

Toute la difficulté consiste à trouver le « témoin » fidèle des besoins de la zone. C’est pourquoi, traditionnellement, on utilise la température extérieure car si la température extérieure descend, le besoin de chauffage augmente. Ce lien n’est que grossièrement valable et d’autres témoins doivent souvent être trouvés.
Par exemple, il est intéressant de choisir un régulateur dont le réglage de la courbe de chauffe peut être automatiquement ajusté (décalage automatique de la courbe) en fonction :

  • d’une sonde d’ensoleillement (pour un circuit alimentant une façade sud),
  • d’une sonde de vent (pour les immeubles de grande hauteur),
  • ou d’une sonde d’ambiance (nécessaire aussi pour gérer l’intermittence avec un optimiseur). cette dernière possibilité permettra de pallier les difficultés de réglage « manuel » de la courbe de chauffe.

Evidemment, on aura compris que ces différentes sondes, appelées « sondes de compensation » ne peuvent pas être utilisées si le circuit de chauffage dessert des locaux d’orientation différente ou avec des apports internes de chaleur différents.

Exemple : la réglementation thermique française

La réglementation thermique française RT 2000 impose des caractéristiques minimales à toute installation de chauffage équipant un bâtiment neuf. Il faut ainsi qu’une installation qui dessert une surface de plus de 400 m² comprenant plusieurs locaux, dispose d’un ou de plusieurs dispositifs centraux de réglage automatique de la fourniture de chaleur au minimum en fonction de la température extérieure. Un même dispositif ne peut desservir une surface de plus de 5000 m².

Différents corps de chauffe

Attention, le type de courbe de chauffe choisie dépend du comportement des corps de chauffe : la puissance émise par un radiateur ne variera pas de la même façon à une variation de température d’eau, qu’un convecteur ou qu’un chauffage par sol.

Certains régulateurs comportent donc la possibilité d’adapter la forme de la courbe de chauffe aux corps de chauffe choisis. C’est pourquoi, on ne peut mélanger sur un même circuit, régulé en fonction de la température extérieure, des convecteurs et des radiateurs.

Exemple.

Courbes de chauffe typiques en fonction du type de corps de chauffe.
Les pentes programmées sont de (70° / 25°) = 2,8 pour les radiateurs, de (60° / 28°) = 2,1 pour les convecteurs et de (35° / 25°) = 1,4 pour le chauffage par le sol. Pour les convecteurs, la courbure de la courbe de chauffe augmente lorsque la hauteur du convecteur diminue.

La régulation locale

Le bâtiment est découpé en zones. Chaque zone a son circuit, avec une température d’eau préparée en fonction de ses propres besoins (sonde extérieure, programmation horaire,…). Reste que chaque local peut avoir des besoins différents de celui de sa zone ! … De plus, la seule régulation en fonction de la température extérieure ne tient pas compte d’une série d’éléments perturbateurs :

  • renouvellement d’air variable du bâtiment en fonction du vent,
  • apports internes (occupants, bureautiques, .) variables en fonction des locaux,
  • apports externes (soleil, ombre d’un bâtiment voisin, .) variables,
  • l’impact d’une augmentation des pertes par ventilation sur la température intérieure est immédiat, celui d’une diminution de température extérieure, lent, du fait de l’inertie du bâtiment,
  • déséquilibre thermique entre les corps de chauffe,
  • …

Il est donc nécessaire de recourir à une régulation de l’ambiance local par local, en complément d’une régulation centrale en fonction des conditions extérieures :

  • pour assurant le confort dans tous les locaux,
  • sans surchauffe (et donc surconsommation) dans les locaux favorisés.

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 Pour en savoir plus sur le gain énergétique réalisable grâce à la régulation locale, cliquez ici !

Choix d’une vanne thermostatique

La solution la plus facile à mettre en œuvre est la vanne thermostatique. Celle-ci permet de limiter le débit dans les corps de chauffe pour ne pas dépasser une température de consigne. Cette solution est quasi obligatoire dans tout local bénéficiant d’apports de chaleur internes et/ou externes plus importants que les autres locaux.

Attention, une vanne thermostatique ne peut agir que dans le sens de la réduction ! Aussi, il sera utile d’ajuster la régulation centrale sur les locaux les plus exigeants (locaux de coin, locaux sous la toiture, locaux au nord, …).

Il n’est pas forcé de prévoir partout des vannes thermostatiques

Exemple.

Dans l’ensemble des locaux administratifs d’un hôpital, par exemple, les besoins sont homogènes. Une régulation centrale du circuit peut être suffisante et il peut être tenu compte des influences diverses par la présence de 2 ou 3 sondes d’ambiance. On parle d’une régulation centralisée sur sonde extérieure, avec compensation par sondes d’ambiance (dont on prend la valeur moyenne).

On peut régler la proportion d’influence entre sonde extérieure et sonde intérieure.

Vannes « institutionnelles »

Il existe deux objections importantes au placement de vannes thermostatiques sur les corps de chauffe :

  • Les occupants des bâtiments tertiaires ne savent pas comment on manipule une vanne thermostatique et parfois ne se sentent pas responsables de son réglage (exemple, les élèves d’une classe).
  • En fonction du type de public, les tentatives de détérioration peuvent être fréquentes.

Heureusement, le matériel disponible sur le marché permet de répondre à ces objections, grâce aux vannes dites « institutionnelles ». Ces vannes sont résistantes aux chocs. Leur organe de fixation est caché et la plage de réglage est bloquée.

 

Vanne institutionnelle : le réglage de la consigne n’est pas accessible à l’occupant, elle résiste aux chocs (même d’un ballon de basket .) et ne peut être facilement démontée.

Vannes avec préréglage du débit

Il est préférable de choisir un corps de vanne avec préréglage de débit incorporé. Certains fabricants ne commercialisent d’ailleurs plus que ces vannes.

En effet, ces vannes permettent de palier aux défauts d’équilibrage entre les corps de chauffe. Le réglage est plus facile avec ce type de matériel qu’avec les traditionnels tés de réglage dont on ne sait trop bien sur quelle position ils doivent être réglés.

Exemple.

Pour que la vanne thermostatique fonctionne correctement, le fabricant recommande une chute de pression dans la vanne de 0,1 bar (10 kPa ou 1 mCE).

Pour un radiateur de 1 kW (dimensionné en régime 90/70, soit un Δt de 20°C et un débit nécessaire de 1 [kW] / 1,16 [kW/m³.°C] / 20 [°C] = 43 [l/h]) et une perte de charge de la vanne de 0,1 bar, l’abaque ci-dessus indique que la vanne doit être préréglée sur une position comprise entre 3 et 4.

Le débit correct de chaque radiateur est ainsi réglé et la vanne thermostatique travaille dans des conditions adéquates.

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Type de sonde thermostatique

Les vannes dont le bulbe thermostatique est rempli de gaz réagissent nettement plus vite à toute variation de température intérieure, le gaz ayant une inertie thermique moindre que les liquides. Les fluctuations de températures seront dès lors moindres, ce qui est favorable à une meilleure maîtrise des consommations. Les vannes équipées d’un gaz sont cependant plus chères.

Vanne équipée d’un gaz et vanne équipée d’un liquide.

Régulation de zone

S’il est possible d’isoler en bout de circuit, une zone comprenant plusieurs locaux présentant les mêmes apports de chaleur gratuits, on peut simplifier la régulation locale en utilisant une vanne de zone commandée par un thermostat d’ambiance (placé dans un endroit représentatif).

Régulation locale au départ d’un local témoin, avec une vanne de zone motorisée et un thermostat d’ambiance.

Exemple. Par exemple, le logement des médecins de garde pourrait avoir une régulation qui lui est propre sans forcément posséder son propre circuit depuis la chaufferie.

Dans ce cas, il faut que les occupants du local témoin soient conscients de leur impact sur le confort des autres locaux : il ne s’agit pas d’ouvrir les fenêtres, de fermer les vannes des radiateurs, de placer une armoire devant le thermostat, …
Attention, on ne peut pas mélanger dans un même local un thermostat d’ambiance et des vannes thermostatiques. En effet, imaginons que la consigne du thermostat d’ambiance soit supérieure à la consigne donnée aux vannes. Lorsque cette dernière est atteinte, la vanne va se refermer. Le thermostat d’ambiance sera, lui, toujours en demande et restera puisque les vannes empêchent la température de monter. Il en résultera :

  • Un fonctionnement permanent de la chaudière si le thermostat d’ambiance agit sur le brûleur (cas d’une installation de type « domestique »).
  • Une ouverture complète et permanente de la vanne de zone.

Avec pour conséquence, surchauffe et surconsommation dans les locaux sans vannes thermostatiques. À l’inverse, si la consigne du thermostat d’ambiance est inférieure à la consigne donnée aux vannes, le thermostat arrêtera la fourniture de chaleur et les vannes seront en permanence insatisfaites et donc ouvertes en grand. Elles deviennent donc inutiles.

S’il y a une régulation locale, la régulation centrale est-elle nécessaire ?

On pourrait penser que le travail de la vanne mélangeuse est superflu, qu’il suffit de préparer une seule température en sortie de chaudière et que les vannes thermostatiques feront le travail de modulation des débits et de la puissance fournie.
Ce raisonnement, parfois appliqué à tort dans les installations domestiques, est erroné.

Puissance émise par un radiateur lorsque son débit varie (100 % = débit nominal).

En effet, prenons un radiateur dont le régime normal équivaut à une entrée de l’eau dans le radiateur à 80° et une sortie à 60° (en plein hiver). Lorsque le débit du radiateur est freiné de moitié (50 %), la puissance du radiateur est encore de 80 % de sa valeur maximale. Pour diminuer la puissance du radiateur de plus de la moitié (moyenne de la saison de chauffe), il faut diminuer le débit en dessous de 20 %. Il faut travailler sur le dernier quart de la course de la vanne. Or celle-ci a une plage de travail de l’ordre de 0,3 .. 0,8 mm au total ! Si au mois d’avril, le radiateur est alimenté avec de l’eau trop chaude, la vanne va osciller (s’ouvrir et se fermer), « pomper » disent les spécialistes, et un sifflement désagréable apparaîtra. À noter que ce phénomène est amplifié si le circulateur est surdimensionné (c’est souvent le cas !).

Sans compter que les pertes de distribution sont plus importantes.

Puissance émise par un radiateur lorsque son débit et sa température d’eau varient (100 % = débit nominal).

Si on diminue la température de l’eau alimentant le radiateur, il est possible d’adapter sa puissance aux besoins tout en conservant une ouverture de la vanne suffisante pour son bon fonctionnement.

De plus, la régulation centrale est également nécessaire parce qu’elle permet une gestion globale des intermittences (nuit, week-end, vacances,…).

Soupape différentielle ou circulateur à vitesse variable

Attention : lorsqu’une vanne thermostatique se ferme, le débit d’eau est arrêté dans la branche qui va vers le radiateur. C’est comme lorsqu’un enfant bouche de son pouce l’embouchure du jet d’une fontaine, … les autres jets sortent plus fort ! en fait, c’est la pression qui monte dans le réseau et tous les autres radiateurs voient leur débit augmenter. Toutes les autres vannes vont se fermer un peu plus…

Imaginons que vers midi quelques vannes soient encore ouvertes : elles reçoivent toute la pression de la pompe, elles ne s’ouvrent que d’une fraction de millimètre… et se mettent à siffler !

Une vanne thermostatique ne doit pas sentir si sa voisine vient de se fermer. Il est donc utile de stabiliser la pression du réseau. C’est le rôle de la soupape à pression différentielle. Placée après le circulateur, elle lâche la pression lorsque les vannes se ferment. En quelque sorte, elle « déverse le trop plein vers le retour ».

Lorsque les vannes thermostatiques se ferment, la pression augmente dans le réseau. La soupape différentielle s’ouvre alors pour renvoyer directement une partie de l’eau chaude vers le retour.

Encore faut-il pouvoir calibrer le niveau de pression maintenu entre le départ et le retour… Si l’installation est nouvelle, le bureau d’études connaît la pression nominale nécessaire. Si l’installation est ancienne, on ne pourra y aller que par essai successif en diminuant progressivement la pression. La pression manométrique du milieu de la courbe du circulateur (voir catalogue du fournisseur) est également une indication.

Force est de constater que la solution de la vanne à pression différentielle n’est pas très élégante ! Créer une pression à la pompe et la lâcher juste après, sur le plan énergétique, c’est un peu pousser sur l’accélérateur et le frein en même temps !

Actuellement, il est possible d’installer un circulateur à vitesse variable : la vitesse est régulée de telle façon que la pression du réseau reste constante. Si seulement quelques vannes sont ouvertes, il tournera à vitesse réduite. L’achat d’un circulateur avec régulateur de vitesse intégré est rapidement amorti durant l’exploitation.

Circulateur à vitesse variable.

Concevoir

 Pour en savoir plus sur le choix d’un circulateur, cliquez ici !

L’emplacement des capteurs

Le rôle d’un capteur est d’être un témoin fidèle … de ce qu’il est censé mesurer ! Ce n’est pas toujours le cas :

  • la sonde d’ambiance d’un local est parfois influencée par le soleil qui lui tombe dessus à certains moments,
  • la sonde placée sur la tuyauterie est parfois détachée et le contact ne se fait plus,
  • …

Par quelques graphiques, précisons les critères à respecter pour les sondes intérieures et extérieures.

Emplacement des sondes de température intérieures

A éviter :

La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement.

La sonde ne peut être influencée par une source de chaleur interne (éclairage, radiateur, …).

La sonde ne peut pas être placée sur un mur extérieur.

La sonde ne peut être placée contre une cheminée.

La sonde ne peut être placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant

 La sonde ne peut être placée dans un endroit clos, peu influencé par l’air ambiant (dans une niche, derrière une tenture, …).

Emplacement des sondes de température extérieures

S’il n’y a qu’une sonde pour le bâtiment, on la posera sur une façade nord-ouest ou nord-est.

Elle doit être placée à une hauteur de 2 m à 2 m 50 au-dessus du niveau du sol ou accessible à partir d’une fenêtre.

A éviter :

La sonde ne peut être soumise à l’ensoleillement direct.

La sonde ne peut être placée contre une cheminée.

La sonde ne peut être placée au dessus d’une fenêtre.

La sonde ne peut être placée au dessus d’une sortie de ventilation.

Emplacement des vannes thermostatiques

Pour qu’une vanne thermostatique assure correctement son rôle, elle doit mesurer une température la plus représentative possible de la température ambiante. Le tête de la vanne, comprenant l’élément thermostatique, ne doit pas être échauffé 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 (vanne placée verticalement),
  • un radiateur épais (radiateur de plus de 16 cm de large),
  • des tablettes ou caches décoratifs (tablette située à moins de 10 cm du radiateur),
  • 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.

Vanne thermostatique qui sera placée juste au-dessus d’un nouveau radiateur : jamais elle ne pourra travailler correctement.

L’intermittence et la dérogation

Pratiquer l’intermittence de chauffage en fonction de l’occupation ne peut conduire qu’à une économie d’énergie.
Celle-ci est entre autres fonction du type de régulation qui est appliquée.

Coupure complète

Le régulateur doit permettre une coupure complète de l’installation en période d’inoccupation. Au moment de la coupure, le régulateur doit :

  • fermer la ou les vannes de régulation,
  • arrêter le ou les circulateurs,
  • et éventuellement arrêter le brûleur (si la chaudière peut fonctionner en très basse température).

La consigne de nuit sera surveillée par une sonde d’ambiance qui relancera l’installation si nécessaire (par exemple, si la température descend sous 16° en semaine et 14° le week-end dans certaines zones comme l’administration).

Optimiseur

La technique qui maximalise l’économie réalisée est l’optimiseur auto-adaptatif. Le principe de base du travail de l’optimiseur consiste à couper au plus tôt et à relancer au plus tard, tout en conservant le confort intact. C’est ainsi que la température moyenne intérieure sera la plus basse et que donc les économies seront les plus importantes.

Pour ce faire, l’optimiseur adapte automatiquement le moment de coupure et de relance en fonction de la température extérieure (sonde extérieure), de la température intérieure (sonde d’ambiance), l’inertie du bâtiment et la surpuissance disponible à la relance.

Attention cependant, le fonctionnement correct de l’optimiseur est lié :

Si ces conditions ne sont pas remplies, l’optimiseur ne pourra pas calculer le moment de la relance et risque d’anticiper tellement celle-ci que le ralenti disparaîtra.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur les dysfonctionnements hydrauliques, cliquez ici !

Dérogation

Dans les bâtiments où des activités sont organisées en dehors des heures d’occupation normales, il doit être possible d’étendre la durée de fonctionnement de l’installation.

Quel que soit le mode de dérogation appliqué, il est important que le système se remette de lui-même en fonctionnement automatique. Une dérogation dont la fin serait gérée manuellement par les occupants risque rapidement de conduire à des oublis.
On peut imaginer :

  • Une horloge annuelle : un gestionnaire peut encoder à l’avance les périodes d’occupation exceptionnelles au moyen d’une horloge. Ce système a comme avantage de centraliser la gestion auprès d’une seule personne responsable, ce qui évite les erreurs de manipulation et permet un suivi de l’activité du bâtiment.
    Les inconvénients sont : la centralisation peut poser des problèmes en cas d’absence du responsable, une relance ou une suppression de la dérogation « improvisées » sont impossibles, de même qu’une modification en dernière minute, de la durée de chauffage programmée. Ce mode de gestion demande également souvent que la programmation soit possible depuis le bureau du gestionnaire (au moyen par exemple d’une GTC).
  • Un bouton poussoir : en utilisant un bouton poussoir, les occupants peuvent relancer l’installation pour une période donnée, par exemple 2 heures. Après cette période, le régulateur se remet tout seul en mode automatique. Cette fonction est intégrée d’office sur beaucoup de régulateur. Sur une installation existante, il est possible de l’intégrer au moyen d’un bouton poussoir et d’un relais temporisé raccordé au régulateur en by-passant la commande de l’horloge. Le gros avantage de ce système est de permettre une dérogation « improvisée » sans dépendre du gestionnaire. La relance se fait malheureusement pour des durées fixes (par exemple 2 heures) et ne permet pas une relance anticipée qui peut être nécessaire après une longue coupure.
Exemple.

D’autres informations peuvent permettre de passer d’un régime vers l’autre :

  • Un bouton-poussoir placé à l’entrée de la salle de sports, ou de la salle des fêtes, peut enclencher le chauffage et un détecteur de présence peut l’interrompre parce qu’aucune présence n’a été détectée dans le dernier quart d’heure.
  • Dans une école d’Habay-La-Neuve, c’est le prof de gym qui enclenche l’installation de chauffage de la grande salle de sports en tournant la clef dans la porte d’entrée (un contact électrique enclenche un relais) et qui l’arrêtera en refermant derrière lui. Le temps de passage dans le vestiaire (dont le chauffage est programmé classiquement) est suffisant pour remettre la salle en température.

L’essentiel est de trouver un témoin fidèle de l’occupation (l’éclairage ? l’ouverture d’une porte ? d’un sas ? …). Bien sûr, pour diminuer le temps de remise en température, ce type d’action sous-entend soit une faible inertie des parois, soit une température de « veille » pas trop différente de celle de fonctionnement.

Rappelons qu’envisager des possibilités de dérogation peut également influencer le découpage hydraulique choisi : il faut essayer de circonscrire les activités « exceptionnelles » sur un même circuit de distribution de manière à réduire au maximum la zone chauffée.

Fonctions annexes

Le régulateur choisi peut intégrer les fonctions complémentaires suivantes :

  • La programmation horaire : idéalement, le régulateur doit permettre, en fonction des besoins, d’encoder des programmes de fonctionnement journaliers (coupure de nuit), hebdomadaires (coupure de week-end) et annuels (coupure de vacances).
  • La température d’inoccupation : en période de coupure, on a toujours intérêt à abaisser au maximum la température de consigne. Cependant, une température inférieure à environ 9°C risque de poser des problèmes de condensation dans les locaux. De plus, en fonction de la surpuissance de l’installation, un abaissement de température excessif peut poser des problèmes de relance pour les températures extérieures extrêmes. Le régulateur peut alors remonter automatiquement la température de nuit en fonction de la température extérieure.
Exemple.

Par exemple, lorsque la température extérieure descend au-dessous de 5°C, la température de consigne de nuit augmente de 0,7°C par °C extérieur.

Si la température extérieure est de – 5°C, la consigne de nuit sera réglée automatiquement à :

9  [°C]  + 0,7  [°C]  x (5  [°C] – (- 5 [°C])) = 16 [°C]
  • La compensation de l’effet de paroi froide : lors de la remontée en température, quand on atteint la température de consigne, le régulateur peut continuer à envoyer toute la puissance, pendant un temps programmé, pour éviter un inconfort du fait du rayonnement froid des parois du local non complètement réchauffées.

Analogique ou digital ?

Nous vivons une période charnière où deux types d’équipements de régulation coexistent : la régulation analogique traditionnelle et la régulation numérique (encore appelée régulation digitale ou DDC, Direct Digital Control).

  

Régulateurs analogique et digitaux.

L’évolution des technologies nous entraîne vers l’installation d’équipements numériques. Tous les arguments ne jouent cependant pas en ce sens :

Pour le digital

Un raisonnement de bon sens nous porterait à dire : achetons dès aujourd’hui du numérique, demain nous pourrons centraliser toute la gestion des équipements et, par exemple, la gérer à distance par modem (quel bonheur de pouvoir de chez soi contrôler l’origine de la panne signalée par un enseignant, plutôt que de devoir aller voir sur place… souvent pour rien).

L’ennui, c’est qu’actuellement les protocoles de communication ne sont toujours pas compatibles : la marque X parle chinois et la marque Y parle arabe, impossible de les mettre sur le même bus ! On attend une uniformisation du même type que celle qui a eu lieu dans le domaine informatique (PC IBM compatible, DOS Microsoft). Actuellement, choisir une marque de régulateur, c’est pratiquement se résoudre à rester dans la même marque dans le futur pour assurer la compatibilité des connexions !

Contre le digital

Le régulateur numérique reste souvent une « boîte noire ». Dans la pratique, nous constatons souvent une difficulté de lecture des paramètres de ces régulateurs par le gestionnaire.

Aucun contrôle de la régulation n’est alors possible et une intervention du technicien d’exploitation devient (très) difficile. Si un mode d’emploi clair explique le paramétrage (à exiger donc !), c’est gérable, mais encore faut-il que ce mode d’emploi ne se perde pas. Le seul recours est alors de faire appel au chauffagiste. En cas de changement de ce dernier, il est fort probable que le paramétrage soit perdu et le régulateur déconnecté par le gestionnaire (cas vécu).

En conclusion, la régulation numérique permet des possibilités de régulation quasi illimitées. Cependant, nous constatons sur le terrain que plus le schéma de régulation est complexe et plus le paramétrage des régulateurs est « obscur », plus le risque de voir la régulation incontrôlable et incontrôlée est grand.

On risque donc d’obtenir le résultat inverse de celui souhaité, avec à l’extrême un retour en mode manuel.

Cette conclusion est évidemment à nuancer en fonction du type de bâtiment et de structure de gestion technique des équipements : un hôpital n’est pas une école primaire.

Fonctions annexes

Arrêt des circulateurs

Si une vanne se ferme ou si le brûleur s’arrête, signifiant l’absence de besoin de chauffage, il est inutile de maintenir les circulateurs en fonctionnement.

Cela doit être prévu dans la régulation, de même qu’une temporisation (d’environ 6 minutes) à l’arrêt pour permettre une évacuation complète de la chaleur contenue dans l’eau.

Les régulateurs permettant cette fonction comprennent généralement aussi une fonction « dégommage » des circulateurs. C’est une fonction qui remet les pompes en marche pendant 30 secondes, par exemple toutes les 24 heures. Pour éviter l’entartrage et le blocage de celles-ci. Cette fonction peut également être appliquée aux vannes motorisées.

On peut également prévoir la commutation automatique des pompes jumelées lorsqu’une tombe en panne et également à intervalle régulier (toutes les 150 h par exemple).

Détection des pannes

Il peut être également très utile de choisir des régulateurs capables de détecter eux-mêmes et d’afficher les différentes pannes pouvant apparaître dans les équipements de mesure et les fonctions de régulation.

Exemples.

  • court-circuit ou coupure dans le câblage des sondes,
  • écart trop important de la température de départ,
  • modification trop rapide ou écart trop grand de la température ambiante,
  • ..

Communication

La gestion à distance des équipements (modification des paramètres, repérage des pannes, mise en dérogation, …) apporte un plus dans la conduite des installations.

Pour qu’à terme, l’installation puissance être raccordée à un système de gestion technique centralisée (GTC), il faut dès le départ choisir un matériel dit « communiquant » (et pour être à l’abri des problèmes de protocole de communication, de la même marque que les autres régulateurs).

Suivi des consommations

La mise en place d’une nouvelle régulation constitue un moment clé pour l’implantation de compteurs dans l’installation. On peut envisager ainsi :

  • Le comptage de la chaleur délivrée vers une zone du bâtiment, en plaçant un compteur d’énergie thermique. Il va mesurer le débit d’eau qui alimente la zone et l’écart de température entre l’entrée et la sortie. Un petit processeur fera alors le calcul et affichera les kWh consommés. Ceci part d’un principe de management très efficace : décentraliser les budgets auprès des consommateurs finaux. Si la section primaire de l’école occupe une aile du bâtiment, et qu’un circuit distinct l’alimente (ou s’ils sont situés sur la fin du circuit), le compteur thermique leur donnera leur propre consommation. Leur motivation dans la gestion des consommations sera renforcée et remboursera rapidement l’investissement dans le compteur, sans compter l’absence de conflits liés à la répartition arbitraire. Mieux ! Pour un prix de l’ordre de 750 €, il existe des vannes deux voies dont l’ouverture est commandée par un thermostat d’ambiance, et qui comptent simultanément l’énergie véhiculée (ce sont des vannes qui assurent généralement la régulation et la répartition des frais de chauffage dans les immeubles à appartements multiples).
  • Le comptage de la consommation de fuel, par un simple compteur fuel sur la vanne magnétique de la ligne gicleur : cela permet de faire un suivi régulier des consommations et de détecter une anomalie de fonctionnement, ce que la jauge ne permet pas.
  • Le comptage de l’eau sanitaire : vu l’augmentation rapide du coût de l’eau, il devient un plus dans la surveillance des fuites et autres chasses d’eau cassées.
  • Le comptage de l’appoint d’eau du circuit de chauffage : on rencontre parfois des installations où le concierge ajoute chaque jour un appoint d’eau sans que personne ne s’inquiète. Et pourtant, l’eau fraîche régulièrement ajoutée apporte également beaucoup d’oxygène en suspension, oxygène qui est un des principaux agents de corrosion. Avec un petit compteur de débit placé sur le tuyau de raccordement de l’eau de ville vers le réseau de chauffage, une évaluation du problème est possible …
  • Le comptage des degrés-jours : sur base des relevés de la sonde extérieure, le régulateur peut fournir les degrés-jours, chiffre indicateur du froid qu’il fait. Cela permet une gestion efficace des consommations par le rapport consommation/degrés-jours.

Gérer

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Suivi des paramètres de régulation

En pratique, il n’est pas rare de rencontrer des installations de régulation dont personne ne connaît très bien le mode fonctionnement…

Les schémas sont perdus, les modes d’emploi sont introuvables, …

Il sera donc toujours utile de prévoir dès le début de la nouvelle installation la mise en place de son suivi :

  • La présence d’une copie des schémas hydrauliques et des schémas de régulation dans la chaufferie.
  • L’indication des caractéristiques de tous les appareils (lorsqu’un circulateur tombe en panne, on le remplace provisoirement par celui disponible en réserve, le provisoire devient définitif,… et on a perdu toute référence du circulateur correct !).
  • La présence d’un carnet de bord qui signale le réglage initial des paramètres et les modifications réalisées durant la vie de l’installation, outil qui aide le petit nouveau qui vient remplacer celui qui part à la pension !

Ces conseils semblent scolaires, … ils sont pourtant vraiment très utiles en pratique.

Gestion Technique centralisée (GTC) ?

Que peut apporter une GTC ?

Local de gestion centralisée au Collège St Paul à Godinne.

La motivation paraît double :

> Organisationnelle avant tout. Il s’agit d’améliorer l’efficacité de la gestion des hommes chargés de la maintenance, de réduire les déplacements inutiles, de mieux préparer le matériel nécessaire pour l’intervention, voire de mieux suivre le travail effectif de chaque ouvrier. L’amélioration du confort dans les bâtiments s’ensuivra par une gestion très rapide des alarmes : une anomalie sera corrigée avant même que l’occupant ne s’en aperçoive (donc pas de plaintes !). ce type de gain est difficilement chiffrable …
> Énergétique ensuite. L’intelligence restant au niveau de la chaufferie, la télégestion n’assure qu’un transfert de l’information. A première vue, l’amélioration semble nulle par rapport à une régulation locale correcte. Cependant l’expérience des gestionnaires ayant fait le choix d’une GTC montrent que ce poste est plus important qu’on pourrait le penser a priori.
En effet, il apparaît que :

  • Dans les 6 mois qui suivent l’installation, de nombreuses mises au point sont effectuées grâce aux historiques transmis par la télégestion (comportement du système la nuit, le W-E, …). À titre d’exemple, on peut citer l’adaptation de la courbe de chauffe d’un bâtiment ou le repérage d’un défaut sur une sonde, actions très facilitées par la présence d’une télégestion.
  • Les installations sont mises en dérogation manuelle plus souvent qu’on ne le croit. Le rôle « d’espion » permanent de la télégestion permet des économies réelles, quoique difficilement chiffrables. En fait, l’économie dépendra de la situation initiale. Sur un bâtiment en chauffage quasi continu, 30 % d’économie sont possibles. Mais au départ d’un bâtiment muni d’une régulation correcte et régulièrement vérifiée, on ne peut espérer plus de 5 % d’économie d’énergie supplémentaire par l’installation d’une télégestion.

À ceci, viennent s’ajouter des besoins complémentaires éventuels qui améliorent la rentabilité de l’opération : le contrôle des accès, la prévision du remplissage des cuves, le suivi des consommations d’eau, …

Exemple.

Dans l’institution de Monsieur M., un supplément de 10 000 € a été dépensé en consommation d’eau l’an dernier, suite à des fuites non détectées. Un programme de télégestion peut déclencher un message d’alarme si un compteur d’impulsion l’informe des consommations anormales.

 Quelle GTC ?

Le principal critère de choix entre une GTC réalisée avec un système propriétaire lié à une seule marque pour les régulateurs et la supervision ou un système plus ouvert permettant l’intégration d’appareil de marque différente mais utilisant des « standards » de communication, se situe au niveau de l’ampleur du bâtiment et des équipements à gérer.

Dans un bâtiment de taille moyenne (par exemple, une école) un système propriétaire pour ne gérer que les installations de chauffage conviendra tout à fait.

Dans un bâtiment de taille plus importante où l’on veut étendre le système de gestion à d’autres systèmes que le chauffage (éclairage, stores, intrusion, incendie, …), on sera presque obligé de se tourner vers un système utilisant les standards « LON », « EIB », « KONNEX », …

Dans tous les cas, il faut être attentif lorsque l’on se lance dans un projet de GTC à différents critères de choix. Notamment :

  • l’existence d’une liste de prix clairement publiée et complète,
  • un engagement éventuel sur des prix durant x années lors de l’acquisition du système de supervision (on pourrait imaginer une adjudication pour tous les bâtiments existants, avec contrat à long terme (10 ans) sur un pourcentage de variation de prix),
  • la fiabilité dans le temps de la société de régulation,
  • l’accès à l’information sur le fonctionnement des systèmes (mode d’emploi, formation, … ),
  • le besoin éventuel de recourir à un contrat de maintenance (ces deux derniers points sont liés à la lisibilité des messages par le personnel de maintenance),
  • les possibilités d’adaptation des programmes de gestion des équipements si ceux-ci sont modifiés (par exemple, le remplacement d’une chaudière par deux plus petites en cascade nécessite-t-il une reprogrammation par le constructeur ?),
  • la lisibilité des informations prévues par le logiciel de supervision. Le prix annoncé comprend-t-il un synoptique de l’installation ou simplement un listing des états et valeurs des entrées/sorties ?

Quel que soit le choix réalisé, il est essentiel d’avoir en tête que le coût le plus élevé sera celui accordé au software.

Tout programme spécifique (mise au point d’une communication entre deux régulateurs de protocole différents, par exemple) sera hors de prix par rapport à l’acquisition d’un hardware compatible …

Préalablement à la consultation des différents constructeurs, il est utile de réfléchir :

  • aux techniques que l’on souhaite surveiller dans chaque bâtiment (chauffage, éclairage, eau, incendie, …),
  • aux informations qu’il sera nécessaire de renvoyer vers le poste de contrôle pour chacune de ces techniques,
  • et donc au nombre d’entrées et de sorties à prévoir pour chaque application. Ce seront ces « points » qui définiront la taille du système et donc son coût.

Exemple des points envisageables dans une chaufferie pour sa télégestion.

Signalisations TS

  • Marche/arrêt : pompes, brûleurs, ventilateurs, surpresseurs
  • Fin de course : vannes

Alarmes TA

  • Disjoncteur : général, pompes, brûleurs, ventilateurs.
  • Dépassement de limite : température de fumées, niveau de cuve fuel, température chaudière, température ECS. température eau départ, température eau retour, pression eau, pression gaz, débit.
  • Anomalies : brûleur, incendie, fuite gaz, fuite d’eau.
  • Intrusion : ouverture porte local, ouverture porte coffret.

Comptage d’impulsion TCI

  • Débits : fuel, gaz, vapeur, eau.
  • Énergie : électrique, thermique consommée, thermique produite.

Comptage horaire THI

  • Fonctionnement : pompes, brûleurs, ventilateurs, surpresseurs.

Mesures TM

  • Température eau : départ chauffage, retour chauffage, écart départ-retour, boucle ECS, ballon ECS.
  • Température air : extérieur, locaux témoins.
  • Autres températures : fumées.
  • Pressions : eau, vapeur, gaz.
  • Niveaux : fuel.

Commandes TC

  • Marche/arrêt : pompes, brûleurs, ventilateurs, ralenti chauffage, boucle ECS.
  • Ouverture/fermeture : vannes.

Réglages TR

  • Consignes de régulation : température de départ, température d’ECS, température ambiante, courbe de chauffe.
  • Position : vanne.

On vérifiera également si le logiciel de supervision est prévu pour créer une alarme sur base des informations transmises. Par exemple, lire les consommations d’eau constitue une première étape, mais pouvoir définir les paramètres qui entraînent une alarme dans un logiciel de gestion standard sera tout aussi important (exemple : une alarme est déclenchée si la consommation de nuit dépasse x m³). Si ce logiciel doit être réalisé à la carte, la démarche risque d’être coûteuse.

Exploitation de la GTC

La mise en place d’un système de télégestion entraîne également une modification de la distribution des tâches au sein de l’équipe technique. Si l’organisation est assurément améliorée, c’est notamment parce qu’une personne du cadre assure un suivi régulier des installations. Celle-ci doit avoir une compétence minimale en HVAC et une connaissance physique des installations gérées pour pouvoir interpréter les mesures et les pannes constatées. Par exemple, la baisse de la température de l’ambiance peut provenir de diverses causes.

Si son rôle se limitait à répercuter le message d’alarme à l’équipe de maintenance, une part de l’intérêt de l’opération serait perdue …

Une efficacité accrue de l’équipe d’intervention se réalise donc moyennant un investissement plus important du staff de maîtrise.

 Investir plus tard ?

Dans tous les cas, le problème de télégestion doit être posé. Même si aucune réalisation n’est envisagée à court terme, il est utile d’investir actuellement dans du matériel DDC « communiquant », avec la perspective qu’une gestion centralisée puisse avoir lieu dans le futur.

Études de cas

La conduite des bâtiments de la ville de Mons.

Études de cas

La rénovation de la régulation au Collège St Paul à Godinne.

Synthèse : les 6 principes de base

Principe de régulation d’une installation de chauffage équipée de deux chaudières à grand volume d’eau et pouvant travailler en très basse température (ou chaudière à condensation).

>

Les chaudières sont régulées en cascade par action sur leur brûleur, leur vanne d’isolement et leur circulateur éventuel.
>

La température des chaudières suit au plus près la température des circuits secondaires de distribution (sauf si chaudière ne pouvant descendre en température, production instantanée d’eau chaude sanitaire combinée ou collecteur primaire bouclé).
>

Chaque zone d’occupation et de besoin homogènes dispose de son propre circuit de distribution dont la température d’eau est régulée en fonction d’un thermostat d’ambiance ou le plus souvent d’une sonde extérieure.
>

Chaque circuit dispose un thermostat d’ambiance qui permet de gérer la température d’inoccupation et éventuellement d’ajuster le réglage de la courbe de chauffe dans le cas d’une régulation en fonction de la température extérieure.
>

Les locaux profitant d’apports de chaleur plus importants que les autres sont équipés de vannes thermostatiques le plus souvent « institutionnelles ».
>

L’intermittence est gérée par un optimiseur qui assure une coupure complète des circuits de distribution et éventuellement des chaudières et calcule automatiquement le moment de la coupure et de la relance en fonction des températures intérieures et extérieures.

Cas particulier des petits bâtiments

On définit comme petit bâtiment, un bâtiment dont le circuit de chauffage est unique et directement alimenté par la chaudière. Ce mode de conception s’apparente aux installations domestiques.

Si on choisit une chaudière très basse température (ou à condensation), ce que nous recommandons, la régulation centrale agira directement sur la chaudière :

  • Un thermostat d’ambiance commande le brûleur et le circulateur. Le fonctionnement de ce dernier est temporisé pour anticiper l’allumage du brûleur (et éviter un allumage sans circulation) et, à l’arrêt, pour évacuer la chaleur résiduelle contenue dans l’eau. En dehors des demandes du thermostat, l’ensemble de l’installation est mise à l’arrêt. Le thermostat permettra un ralenti grâce à deux températures de consignes différentes. Des vannes thermostatiques affinent le réglage de température dans les locaux ne comprenant pas le thermostat d’ambiance s’ils présentent des apports de chaleur plus importants que le reste du bâtiment ou demandent une température de consigne moindre.
  • Une sonde extérieure qui adapte la température de l’eau de la chaudière. Dans ce cas, le circulateur fonctionne en continu durant la saison de chauffe. Ce système est utilement complété par une sonde d’ambiance pour gérer la température en période de ralenti (le circulateur peut être arrêté lors de la coupure). Des vannes thermostatiques dans chaque local doivent prendre en compte les apports de chaleur particuliers.

Nous ne disposons pas de données chiffrées neutres qui nous permettrait de départager ces deux solutions d’un point de vue énergétique (la combinaison des 2 est aussi envisageable). La première solution est plus classique mais demande de trouver un local témoin représentatif.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Brûleur fuel

Brûleur fuel

Dans le cas des brûleurs au fuel, on trouve essentiellement des brûleurs pulsés, c’est-à-dire où un ventilateur assure l’alimentation en air de combustion voire l’évacuation des fumées. À l’heure actuelle, la capacité de modulation en puissance (ou le nombre d’allures) augmente avec la puissance installée. En effet, pour les puissances plus faibles, les techniques à mettre en place pour assurer la modulation sont trop complexes pour ces petites applications.  La complexité technique de la modulation de puissance se justifie progressivement avec l’augmentation de la puissance du brûleur.  Pour les grandes puissances (> ~1 MW), on aboutit aux brûleurs fuel avec une modulation continue en puissance. Néanmoins, il faut mentionner qu’à l’heure actuelle, des brûleurs mazout modulants apparaissent pour les petites puissances (applications domestiques). Ceux-ci sont basés sur une technologie de brûleurs différente qui peut être comparée aux brûleurs à pré-mélange au gaz.

Composants d’un brûleur pulsé au fuel

Schéma composants d'un brûleur pulsé au fuel.

Le brûleur fuel :

  1. Moteur.
  2. Boîte de contrôle.
  3. Transformateur.
  4. Electrodes.
  5. Ventilateur.
  6. Volute.
  7. Déflecteur.
  8. Gicleur.
  9. Réchauffeur.
  10. Cellule photosensible.
  11. Electrovanne.
  12. Pompe et régulateur de pression.

Le brûleur fuel a pour fonction de mélanger, dans des proportions correctes, l’air comburant et le fuel pour permettre la combustion.

L’alimentation en air est assurée par un ventilateur qui puise l’air ambiant de la chaufferie.

L’alimentation en fuel est assurée par une pompe qui puise dans le réservoir. La pompe a également pour mission de maintenir, via un régulateur, une pression suffisante au fuel pour permettre sa pulvérisation. L’électrovanne libère le combustible au moment déterminé par la programmation. Le gicleur assure la pulvérisation du fuel en des milliards de gouttelettes et le réglage du débit nominal de fuel. On parle donc de « brûleur à pulvérisation ».

Principe de fonctionnement d’un brûleur fuel.

La pompe fuel et l’électrovanne

L’alimentation en fuel se fait via une pompe (le plus souvent une pompe à engrenage), reliée à l’arbre du moteur. La pompe est équipé d’un régulateur de pression qui renvoie l’excès de fuel vers le réservoir.

Pompe à fuel.

Régulateur de pression : la pression d’alimentation du gicleur est assurée par un ressort d’équilibrage.  Le surplus de fuel est renvoyé vers le réservoir par la sortie.

Une ou plusieurs électrovannes permettent ensuite au gicleur d’être alimenté.

  

Électrovanne hors tension (fermée) et électrovanne sous tension (ouverte).

Le Champ magnétique créé par le bobinage sous tension attire le noyau mobile qui porte le clapet de fermeture.

Électrovannes :

  1. Bobinage.
  2. Armature concentrant le champ magnétique.
  3. Noyau mobile.
  4. Clapet de fermeture.
  5. Siège du clapet.
  6. Corps de vanne.
  7. Ressort.
  8. Partie métallique non conductrice de champ magnétique.

Le gicleur

La pulvérisation du fuel a pour objectif d’augmenter la surface de contact entre le fuel et l’air comburant. Cela permet une évaporation plus importante du fuel à sa surface et favorise son mélange avec l’air.

Par exemple, 1 litre de fuel pulvérisé à 7 bars donne 15 à 20 milliards de gouttelettes et représente une surface de contact avec l’air de 500 m².

Un gicleur est composé de 4 éléments. L’obus conique et la pression de la pompe engendrent la rotation du combustible avant sa pulvérisation par le trou du corps de gicleur.

Un gicleur est caractérisé par trois valeurs :
  • le débit nominal en [gal/h],
  • l’angle de pulvérisation en [deg],
  • le mode de pulvérisation.

Ces données sont reprises d’une part sur la fiche d’entretien annuel du brûleur et sur le marquage du gicleur même.

Le débit

Le débit nominal du gicleur est donné jusqu’à présent en [gal/h]. Le débit est fonction du diamètre de l’orifice du corps. Il est donné pour les conditions de référence :

  • pression de la pompe : 7 [bars],
  • viscosité : 4,4 [mm²/s],
  • densité relative : 0,83 (rapport de la masse volumique du fuel (à 15°C) et de la masse volumique de l’eau (à 4°C)).

Sachant que :

1 [gal/h] = 3,78 [litres/h]

On peut connaître le débit réel du gicleur installé et donc la puissance réelle du brûleur par les formules :

Pbrûleur [kW] = qfuel [litres/h] x 10 [kWh/litre]

où,

  • qfuel = le débit réel du gicleur [litres/h]
  • qgicleur = débit nominal du gicleur [gal/h]
  • p = pression d’alimentation du gicleur [bars]
  • Pbrûleur = puissance installée du brûleur [kW]

Conformément à la norme européenne EN 293, le débit nominal des gicleurs sera désormais donné en [kg/h], pour une pression de 10 [bars] et une masse volumique de 840 [kg/m³]. Dans ce cas, on peut connaître le débit réel du gicleur par la formule :

Attention cependant, ces formules ne fonctionnent pas pour les gicleurs particuliers dits « à retour » dont le débit dépend non seulement de la pression d’alimentation, mais aussi de la pression de refoulement du gicleur même.

L’angle de pulvérisation

A la sortie du brûleur, les gouttelettes de fuel se répartissent suivant un cône. L’angle d’ouverture du cône est donné par le fabricant du gicleur.

Schéma angle de pulvérisation.

Les angles les plus courants sont :

  • pour une pression d’essai de 7 bars (méthode US) : 30°, 45°, 60°, 70°, 80°, 90°
  • pour une pression d’essai de 10 bars (norme EN) : 60°, 70°, 80°, 90°, 100°

L’angle de pulvérisation conditionne en partie la forme de la flamme. Plus l’angle est petit, plus la flamme sera longue et effilée. À l’inverse, un angle important fournit une flamme courte mais large. Notons qu’en pratique, l’angle de pulvérisation augmente avec la pression d’alimentation. De même, lorsque la pression d’alimentation augmente, la taille des gouttelettes diminue, ce qui favorise le contact entre l’air comburant et le combustible et donc améliore la combustion.

Composition du cône

En fonction de la puissance du brûleur, la composition du cône de pulvérisation est différente. Le cône est généralement creux (toutes les gouttelettes sont réparties sur la périphérie du cône) ou semi-plein (périphérie plus épaisse) pour les grosses puissances (P > 250 kW). Il est généralement plein (tout le volume du cône est rempli de gouttelettes) pour les plus petites puissances.

Schéma répartition "cône creux".   Schéma répartition "cône semi-creux".    Schéma répartition "cône plein".

Répartition « cône creux ».

Répartition « cône semi-creux ».

Répartition « cône plein ».

Marquage du gicleur

La norme EN293 prévoit un double marquage des gicleurs (marquage US et marquage EN) :

Illustration marquage gicleur 01.   Illustration marquage gicleur 02.   Illustration marquage gicleur 03.

Illustration marquage gicleur 04.   Illustration marquage gicleur 05.   Illustration marquage gicleur 06.

L’index en chiffre romains indique le type de répartition du cône pulvérisé

  1. = répartition pleine (très dense),
  2. = répartition semi-pleine,
  3. = répartition semi-creuse,
  4. = répartition creuse (peu dense).

Le réchauffeur de fuel

En augmentant la température du combustible avant sa pulvérisation, le réchauffeur a pour objectif :

  • de diminuer la viscosité du fuel et donc d’améliorer sa pulvérisation et donc sa combustion,
  • d’atténuer les variations de viscosité du fuel liées à la température de stockage et aux caractéristiques du fuel acheté.

L’alimentation en air

L’air nécessaire à la combustion est amené dans le brûleur au moyen d’un ventilateur centrifuge. Ce ventilateur doit assurer le débit d’air nécessaire à la combustion en vainquant la résistance que rencontre l’air jusqu’à la flamme, la résistance que rencontrent la flamme et les fumées dans la chambre de combustion.

Le ventilateur tournant à vitesse constante, un registre d’air permet de régler le débit d’air garantissant une combustion correcte pour une situation donnée (il faut 10 .. 12,5 m³ d’air pour brûler 1 litre de fuel). Ce registre peut être installé à l’aspiration ou au refoulement du ventilateur.

Si le brûleur ne possède ne possède qu’une seule allure et donc fonctionne à un seul niveau de puissance, le volet garde une position fixe parce que la quantité de fuel éjectée par le gicleur est constante : le bon rapport entre air de combustion et combustible ne change pas. Par contre si le brûleur possède deux allures ou est modulant, la position du clapet est adapté pour maintenir la bonne quantité d’air au niveau de combustible injectée.

Registre d’air et son réglage, placés sur le refoulement du ventilateur.

Pour limiter le balayage du foyer de la chaudière lorsque le brûleur est à l’arrêt et donc l’évacuation de la chaleur contenue dans l’eau de la chaudière par tirage naturel vers la cheminée (ce que l’on appelle les pertes par balayage), les fabricants prévoient sur les brûleurs une fermeture automatique du registre d’air lorsque le brûleur est à l’arrêt :

  • Soit avec un servo-moteur électrique assurant l’ouverture et la fermeture.
  • Soit avec un contrepoids (qui peut être le propre poids du registre) ou un ressort. Dans ce cas, la dépression ouvre le registre et le flux d’air le maintient en position ouverte.

Clapet d’obturation écarté (ouverture et fermeture) par servomoteur.

La tête de combustion

La tête de combustion du brûleur est constituée d’un embout ou gueulard qui guide la flamme. Celle-ci est allumée au moyen d’électrodes alimentées en haute tension, créant un arc électrique.

Déflecteur.

La flamme est maintenue en position grâce au déflecteur. En effet, le flux d’air autour de ce dernier crée une dépression qui maintient la flamme en position.

Schéma principe réglage de la tête de combustion.

Le réglage de la tête de combustion, c’est-à-dire des distances (a et b) entre le gicleur, le déflecteur et l’embout, est essentiel au bon fonctionnement du brûleur en répartissant les débits d’air primaire (passant au centre du déflecteur) et d’air secondaire (passant à la périphérie).

Séquences de démarrage d’un brûleur

Les séquences de fonctionnement d’un brûleur sont les suivantes :

  • Préventilation ou prébalayage : mise en marche du moteur du ventilateur pour amorçage du tirage de la cheminée, évacuation éventuelle de gaz dans le circuit des fumées. Pour les brûleurs de plus de 300 kW, le prébalayage s’effectue à l’aide du ventilateur et dure au minimum 15 secondes. Pour les brûleurs de moins de 300 kW, le prébalayage peut se faire par tirage naturel vers la cheminée, avec une durée minimale de 5 secondes.
  • Préallumage : simultanément mise sous tension du transformateur.
  • Mise à feu : quelques secondes après, ouverture de l’électrovanne du fioul.
  • Post-allumage : pour permettre à la flamme de se stabiliser, l’étincelle est maintenue un court instant après l’apparition de la flamme.
  • Régime de fonctionnement : après l’apparition de la flamme, mise hors tension du circuit d’allumage.
  • Arrêt : dès satisfaction des besoins calorifiques, arrêt du brûleur par mise hors tension du moteur du ventilateur et de l’électrovanne.

Pour automatiser ces opérations, il faut un moyen fiable pour chronométrer la durée des séquences, qui doivent se répéter fidèlement pendant des années. Les coffrets actuels comportent tous une période de pré et post-allumage. Pour les grosses puissances, il y a en plus une préventilation.

Dispositif de sécurité

Un contrôle continu de la flamme du brûleur est nécessaire pour arrêter ce dernier immédiatement en cas de défaut :

  • si la flamme n’apparaît pas quand le combustible est libéré,
  • si la flamme disparaît en cours de fonctionnement,
  • si une flamme parasite apparaît alors que le brûleur est en phase de démarrage.

De plus, le défaut doit être signalé par une alarme, qui avertit un technicien chargé du dépannage.

Le but est d’éviter de pulvériser du fuel dans une chaudière sans le brûler. On risquerait d’inonder le foyer (et même la chaufferie) et l’allumage intempestif pourrait provoquer une explosion.

Cellule photorésistante

Actuellement, la détection de la flamme fuel se fait fréquemment par cellule photorésistante. La cellule photorésistante réagit directement à la lumière émise par la flamme. Cette réaction est pratiquement instantanée, ce qui permet une commande rapide du système de sécurité. La cellule est constituée par un semi-conducteur dont la résistance varie en fonction inverse de son éclairement : ce matériau a la propriété de ne permettre le passage du courant que lorsqu’il est éclairé. Il est commode de vérifier l’efficacité d’une telle cellule par la mesure de sa résistance dans l’obscurité et, par exemple à la lumière d’une lampe de poche. En règle générale, les cellules photorésistantes sont destinées à la surveillance des flammes fuel (flamme jaune à infrarouge) et moins à la surveillance des flammes gaz, qui émettent plus de rayons ultra-violets.

Cellule photoélectrique

La cellule photoélectrique est sensible au rayonnement lumineux situé dans le spectre visible. Lorsqu’elle est soumise à ce rayonnement une tension apparaît à ses bornes. La cellule se comporte comme un générateur de courant : tout incident annule le signal émis et provoque la mise en sécurité du brûleur. Les cellules photoélectriques ne sont utilisées que pour les flammes fuel. Leur principal inconvénient est un vieillissement rapide.

Brûleurs low NOx

Les derniers développements en matière de brûleur ont principalement visé à diminuer les émissions polluantes comme les imbrûlés, CO, SO2, NOx. Les technologies appliquées sont semblables pour les brûleurs gaz ou les brûleurs fuel.

Idéalement lors d’une réaction de combustion, l’azote N2 contenu dans l’air comburant, est rejeté tel quel sans être modifié. Cependant, sous certaines conditions, il se combine avec l’oxygène pour former des NOx.

Non seulement ceux-ci peuvent être directement toxiques pour la santé, mais contribuent à la formation d’ozone, de smog et de pluies acides. Ils font également partie des gaz à effet de serre. Leur émission doit donc être réduite au minimum.

Les paramètres influençant la production de NOx sont :

  • la température élevée de la flamme (supérieure à 1 200°C),
  • l’excès d’air, c’est-à-dire la présence importante d’oxygène (O2) n’ayant pas réagi dans les fumées,
  • le temps de séjour des atomes d’azote (N) dans la zone chaude de la flamme,
  • la concentration du combustible en N2.

Les deux premiers paramètres dépendent de la conception du brûleur, le troisième dépend de la conception de la chaudière.

Evolution de la production de NOx en fonction de la température de la flamme.

Brûleur Low-NOx par recyclage

Pour les brûleurs pulsés (fuel ou gaz), la technique la plus courante pour diminuer les émissions d’oxyde d’azote est le recyclage des gaz de combustion dans la tête du brûleur.

En fait, cela consiste à mélanger une partie des gaz de fumée à l’air comburant, dans le but de :

  • diminuer la température de la flamme car même avec plusieurs centaines de degrés, les gaz brûlés sont plus froids que la flamme,
  • réduire la concentration en oxygène du mélange,
  • favoriser la vaporisation des combustibles liquides et de modifier favorablement les conditions de combustion.

La configuration aéraulique pour réaliser cette recirculation des gaz varie selon les constructeurs. D’une manière générale, c’est l’impulsion de l’air de combustion en mouvement qui sert de force motrice au recyclage : un passage plus étroit au niveau de la tête de combustion provoque une accélération du flux de gaz. Cela génère une dépression et amorce la recirculation des gaz de combustion.

On peut également encore descendre la température de la flamme en élargissant le front de flamme, On recherche ainsi à avoir une flamme en forme d’entonnoir, ce qui augmente sa surface de refroidissement et donc diminue sa température.

Par rapport au brûleur « classique », le brûleur Low-NOx à recirculation interne des gaz de combustion présente les inconvénients suivants :

  • La recirculation demande de l’énergie. La comparaison entre un brûleur à pulvérisation traditionnel et un brûleur Low NOx (le Ventilateur et la chambre de combustion étant identiques) montre que la dépression au niveau la tête du brûleur Low NOx réduit la puissance calorique maximale et modifie les caractéristiques intrinsèques du brûleur.
  • La vitesse d’écoulement élevée suscite des turbulences à hauteur du venturi. Il peut en résulter un accroissement du niveau sonore.
  • La recirculation des gaz de combustion dans la tête du brûleur entraîne un encrassement plus rapide des électrodes d’allumage. Un entretien préventif est dès lors nécessaire.
  • La recirculation des gaz de combustion dans la tête du brûleur entraîne une gazéification des particules de mazout pulvérisées à hauteur du gicleur. La combustion de ce mazout gazeux forme une flamme bleue peu intense et difficile à détecter par une photorésistance (LDR). Il est dès lors souvent nécessaire d’utiliser un détecteur infrarouge (IR) ou ultraviolet (UV), plus onéreux. Cette caractéristique est pleinement exploitée dans les brûleurs dits à « flamme bleue ».

En revanche, un brûleur Low-NOx produit de 20 à 50 % d’émissions NOx en moins qu’un brûleur à pulvérisation traditionnel.

Brûleurs Low Nox.

La recirculation s’effectue dans le foyer à hauteur de la tête de combustion. Une zone de dépression aspire à nouveau les gaz de combustion et les mélange à la flamme. La recirculation peut également être externe.

Cas particulier des brûleurs mazout « flamme bleue »

Le brûleur à « flamme bleue » est un brûleur dans lequel le mazout pulvérisé est entièrement vaporisé avant la combustion. On parle aussi de « brûleur à gazéification ». La chaleur requise pour l’évaporation est fournie par les gaz de combustion recyclés. Il en résulte une combustion quasi totale dans la phase gazeuse avec un excès d’air minime et une production nulle de suies. Comme le mazout est brûlé à l’état gazeux, la flamme de ce brûleur présente la couleur bleue typique d’une flamme gaz, c’est pourquoi on parle de brûleur à « flamme bleue ». Le principe du brûleur à flamme bleue et celui du brûleur Low NOx à recirculation présentent de nombreuses similitudes notamment, une faible émission de NOx.

Au niveau du coût d’un tel brûleur, donnons l’exemple d’un fabricant allemand. Dans sa gamme de brûleur allant de 15 à 315 kW, le surcoût d’un brûleur à « flamme bleue » par rapport à un brûleur à « flamme « jaune » varie de 15 à 60 %.

Exemple de brûleur à « flamme bleue » : l’air de combustion est acheminé par deux conduites latérales et amené au point de combustion via un mouvement tangentiel. Lors de la sortie de la forme conique, il se produit un effet de tourbillon qui provoque la recirculation de 50 % des gaz de combustion. Deux canaux d’amenée d’air de démarrage envoient un léger excès d’air dans la flamme durant la première minute après l’allumage, jusqu’à ce que la partie frontale du gueulard du brûleur ait atteint une température suffisante pour passer à la gazéification.

Flamme « jaune » et flamme « bleue ».

Emission de NOx des brûleurs « flamme bleue » et Low NOx comparée aux exigences des normes et labels allemands.

Emission de suies des brûleurs « flamme bleue » et Low NOx comparée aux exigences des normes et labels allemands.

Brûleurs pulsés 1, 2 allures et modulants pour le fuel

On répertorie 4 modes de fonctionnement des brûleurs fuel :

  • en tout ou rien,
  • en 2 allures,
  • en tout ou peu progressivement,
  • en modulation.

On retrouve ces mêmes modes de fonctionnement pour les brûleurs pulsés au gaz. Néanmoins, la modulation est techniquement plus facile à réaliser pour le gaz. Par conséquent, les niveaux de puissance cités ci-dessous pour le mazout ne sont pas identiques pour les brûleurs pulsés au gaz. En effet, pour de petites applications, le brûleur pulsé modulant au gaz peut déjà se justifier alors qu’il ne s’impose pas encore pour le fuel.

1) Brûleur tout ou rien (Pn < 150-200 kW)

On parle de brûleur tout ou rien lorsque pour toute demande de chaleur, le brûleur s’enclenche, fournit sa pleine puissance, et s’arrête lorsque les besoins sont satisfaits. Typiquement, on se limite à cette technique de « tout ou rien » pour les puissances inférieures à 150-200 kW. Les brûleurs tout ou rien se différencient par leur mode de démarrage : le démarrage à pleine puissance, le démarrage à débit limité et le démarrage à petite allure.

Démarrage à pleine puissance

Ce type de brûleur est utilisé pour les puissances inférieures à 100 kW. Lors de la demande de chaleur, le brûleur démarre directement à pleine puissance.

Démarrage à débit limité

Lors d’une demande de chaleur et grâce à un jeu d’électrovannes, le brûleur démarre avec une puissance de l’ordre de 75 % et passe à sa pleine puissance après le temps de post-allumage. Cela permet d’atténuer l’onde de choc provoquée par l’allumage du combustible. Comme dans ce type de brûleur, le réglage du registre d’air est manuel, la phase initiale du démarrage se produit avec un excès d’air trop important et donc une combustion médiocre.

Démarrage à petite allure

Ce mode de démarrage peut s’appliquer aux brûleurs de plus de 50 kW. Il repose sur le même principe que dans le cas précédent. Il s’en différencie cependant par la réduction plus importante de la puissance au démarrage. Il s’agit en fait de brûleurs 2 allures mais dont la commande ne permet pas le choix de l’allure en fonction des besoins. Le temps séparant l’allumage du passage à la deuxième allure est fixé (relais programmable).

2) Brûleur 2 allures (Pn  > 150-200 kW et Pn < 1 MW)

En cas de demande de chaleur, le brûleur pulsé est enclenché en première allure (qui représente entre 40 et 60 % de la puissance nominale). Après un délai déterminé (relais programmable), le brûleur passe à pleine puissance sauf si le régulateur signale que cette pleine puissance n’est pas nécessaire. Dans ce dernier cas, la première allure est maintenue.
Lorsque le brûleur fonctionne en deuxième allure, il est possible que le régulateur estime que la pleine puissance n’est plus requise et le brûleur repasse en première allure. Si la puissance requise est inférieure à la puissance en allure réduite, le brûleur s’arrête. Dans le cas inverse, il repasse en deuxième allure.

Trois possibilités constructives sont exploitées dans les brûleurs 2 allures :

  1. Soit une pompe alimente deux gicleurs différents via deux électrovannes : la petite allure est assurée par l’ouverture d’une électrovanne et l’alimentation du premier gicleur; pour assurer la grande allure, la deuxième électrovanne est activée (la première restant ouverte) et alimente le second gicleur en complément.
  2. Soit une pompe à deux étages alimente un seul gicleur, via deux régulateurs de pression.
  3. Soit un gicleur à retour (pour les grosses puissances). Il s’agit en fait d’un gicleur dont une partie du fuel qui l’alimente n’est pas pulvérisée et est renvoyée vers la cuve. Par un jeu de vanne automatique, la résistance du circuit retour du gicleur permet une variation du débit pulvérisé.
    • en petite allure, les électrovannes (1) et (2) sont ouvertes. La pression de pulvérisation est réglée par le régulateur de pression,
    • en grande allure, l’électrovanne (2) est fermée et le gicleur est soumis à la pression de la pompe.

  

Brûleur 2 allures avec gicleur à retour  (à gauche). Brûleur à deux gicleurs et deux électrovannes (à droite).

Dans les différents cas, pour maintenir un bon rapport air-combustible, le registre d’air est à deux positions fixées :

  • soit par un vérin hydraulique activé par la pression de combustible,
  • soit un servomoteur électrique,
  • soit un électro-aimant.

Le brûleur 2 allures présentent des avantages énergétiques indéniables :

  • L’adaptation de la puissance aux besoins allonge le temps de fonctionnement du brûleur et diminue le nombre de cycles d’allumage sources d’imbrûlés et d’émissions polluantes.
  • Les temps d’arrêt de la chaudière et donc les pertes du même nom sont moindres.
  • La diminution de la puissance du brûleur par rapport à la puissance de la chaudière augmente le rendement de combustion. En effet, la taille de l’échangeur augmente par rapport à la puissance de la flamme et donc les fumées sortent plus froides de la chaudière. Un gain de rendement de combustion de 2 .. 2,5 % est ainsi possible entre la petite allure (60 % de la puissance nominale) et la grande allure.

Cette amélioration technique se justifie à partir de puissances supérieures à 150-200 kW. En dessous de cette puissance, on trouve essentiellement des brûleurs pulsés fuel tout ou rien.

3) Brûleur « tout ou peu progressif »

Le principe de fonctionnement de ce type de brûleur est semblable à celui d’un brûleur 2 allures. Ce brûleur ne permet que 2 allures. Le passage de la première à la deuxième allure n’est cependant plus brutal, mais progressif (en un temps minimum de 30 secondes).

Si la demande de chaleur est inférieure à la puissance en première allure, le brûleur se met à l’arrêt. Si elle y correspond, le brûleur maintient son fonctionnement en première allure. Si elle en est supérieure, le brûleur passe progressivement en deuxième allure.

Le brûleur « tout ou peu progressif » est équipé d’un gicleur à retour.

Brûleur « tout ou peu progressif ».

Fonctionnement d’un brûleur « tout ou peu progressif » :

  • En petite allure, l’électrovanne est ouverte et le servomoteur commandant le régulateur de pression est en position minimum,
  • Lors du passage en deuxième allure, le servomoteur actionne progressivement le régulateur de pression et le registre d’air pour atteindre le maximum d’ouverture en deuxième allure.

4) Brûleur modulant (Pn > 1 MW)

Avec un brûleur modulant, toutes les allures de fonctionnement sont possibles. Néanmoins, la puissance minimale que l’on peut atteindre est souvent de l’ordre de 30% de la puissance nominale (P varie entre [0.3 Pn;  Pn]). Les débits d’air et de fuel sont réglés en continu en fonction de la puissance de chauffage requise, ce qui permet un fonctionnement quasi continu.

   

Brûleur modulant fuel.

Les avantages du brûleur modulant sont du même ordre que ceux du brûleur 2 allures. L’adaptation de la puissance est cependant encore plus fine, ce qui limite encore les temps d’arrêt d’un brûleur. La modulation a cependant ses limites. En effet, à basse puissance, le réglage de l’excès d’air devient difficile. C’est pourquoi, les brûleurs modulants fuel ne peuvent descendre en dessous d’une puissance de l’ordre de 30 % et à ce moment.

Exemple :

Évolution du rendement de combustion des brûleurs actuels en fonction de la modulation de sa puissance : brûleur pulsé modulant fuel (rouge), brûleur modulant gaz à pré-mélange (vert) et brûleur gaz atmosphérique à deux allures (bleu) .

Pour les brûleurs pulsés modulants fuel (de 30 à 100 %) : dans un premier temps, lorsque la puissance du brûleur diminue (à partir de 100 % de puissance), la température des fumées diminue et le rendement augmente. À partir d’un certain moment, la diminution de la quantité de particules de combustible et leur dispersion (la pulvérisation du fuel devient difficile) imposent d’augmenter l’excès d’air pour éviter les imbrûlés. Le rendement diminue de nouveau.

Pour les brûleurs gaz modulant à pré-mélange avec ventilateur : le contrôle de la combustion permet de maintenir un excès d’air correct, sans production d’imbrûlé, sur toute la plage de modulation. On obtient donc une plage de modulation plus grande (10 à 100 %) avec une qualité de combustion constante et des fumées qui se refroidissent de plus en plus (pour arriver à la condensation).

Pour les brûleurs gaz atmosphérique 2 allures (sans ventilateur) (50 % /100 %) : l’air de combustion est amené dans la chaudière naturellement. L’excès d’air n’est donc pas contrôlé. Si la puissance du brûleur diminue de moitié, ce n’est pas le cas de la quantité d’air aspirée. L’excès d’air augmente donc et le rendement chute.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Charges thermiques internes pour les bureaux

Charges thermiques internes pour les bureaux

L’apport des occupants

L’humain apporte de la chaleur sensible (par notre corps à 37°C) et de la  chaleur latente (par notre production de vapeur d’eau en respiration et transpiration).

Différentes valeurs sont données dans la littérature. Généralement, les bureaux d’études suivent les valeurs reprises dans la méthode du « Bilan CARRIER », couramment utilisée pour le dimensionnement des installations de conditionnement d’air.

Activité T° intérieure Chaleur sensible Chaleur latente Chaleur totale Apports en eau
Travail de bureau – hiver 21°C 83 W 49 W 132 W 71 g/h
Travail de bureau – été 24°C 71 W 60 W 131 W 86 g/h
Travail de bureau – été 26°C 63 W 69 W 132 W 99 g/h

En hiver, l’occupant d’un bureau à 21°C fournit donc 83 Watts de chaleur gratuite au local. Par ailleurs, il disperse 71 grammes d’eau dans l’atmosphère chaque heure. Ceci ne modifie pratiquement pas la température du local et ne constitue donc pas un apport complémentaire en hiver.

Par contre, en été, cette vapeur d’eau risque d’être condensée, sur la batterie froide du ventilo-convecteur par exemple. La chaleur de condensation correspondante devra être comptabilisée dans le bilan thermique de la machine frigorifique. La chaleur de vaporisation/condensation étant de 2 500 kJ/kg environ, la correspondance est donnée par :

(99 [g/h] x 2 500 [J/g] ) / 3 600 [s/h] = 69 [Watts]

En conclusion

  • La présence d’un homme apporte 83 Wh, chaque heure, en diminution des besoins de chauffage d’hiver dans un bureau à 21°C.
  • Un homme augmente de 132 W, chaque heure, les besoins de refroidissement d’un local climatisé, dans un bureau maintenu à 26°C.
Remarques

1. Ces valeurs sont fort élevées et correspondent au regard d’un fournisseur de matériel frigorifique, soucieux de vaincre les situations les plus critiques. Dans « Le Recknagel », on trouve des valeurs plus modérées, en apport d’eau surtout.

T° intérieure Chaleur sensible Chaleur latente Chaleur totale Apports en eau
20°C 92 W 27 W 121 W 38 g/h
22°C 85 W 33 W 118 W 47 g/h
24°C 77 W 41 W 118 W 58 g/h
26°C 69 W 49 W 118 W 70 g/h

Ces valeurs conviennent mieux pour estimer la consommation d’une installation de chauffage ou de climatisation.

Elles peuvent être utilisées également par le responsable technique d’un bâtiment pour vérifier a posteriori les puissances installées des équipements thermiques, sur base d’un nombre moyen d’occupants correspondant à la réalité.

2. Les valeurs « Carrier » sont valables pour une climatisation par convection. Les occupants augmentent l’échange par évaporation lorsque la température de l’air augmente, pour compenser la perte d’échange par convection.

Dans le cas d’une climatisation avec un plafond froid, une partie de l’échange se fait par rayonnement et cette partie n’est pas fonction de la température ambiante et donc les occupants produisent moins de vapeur.

L’apport des équipements

Si la consommation des nouveaux appareils d’éclairage a été fortement réduite ces dernières années, par contre, celle des équipements informatiques de bureau a augmenté de manière spectaculaire.

La quantité totale de chaleur libérée par l’équipement est déterminée par l’utilisation/allumage de l’équipement. Les charges moyennes réelles dépendent de la configuration et de l’occupation des locaux de bureaux.

Vu la grande influence de l’équipement sur la quantité totale de chaleur libérée, une distinction peut être faite entre une charge d’équipement faible, normale ou élevée.

Appareil Puissance (W)
Unité centrale d’un PC 50 – 60 W
Écrans
Écran noir et blanc – 14 pouces 30 – 40 W
Écran couleurs – 14 pouces 50 – 70 W
Écran couleurs – 15 pouces 60 – 90 W
Écran couleurs – 17 pouces 70 – 100 W
Écran couleurs – 21 pouces 110 – 160 W
Imprimantes
Iimprimante à jet d’encre 20 – 60 W (puissance en attente : 10 W)
Imprimante laser 150 – 250 W (puissance en attente : 70 W)
Fax
Fax thermique 0.3 – 0.7 Wh / page A4 (en attente 5 – 10 W)
Fax laser 1.4 – 2.6 Wh / page A4 (en attente 60 – 70 W)
Fax jet d’encre 0.3 Wh / page A4 (en attente 4 W)
Photocopieurs
Photocopieuse 20 pages / minute 1 000 W (en attente 150 W)
Photocopieuse 40 pages / minute 1 500 W (en attente 350 W)

L’apport de l’éclairage

Pour les immeubles de bureaux, il y a 5 principaux systèmes d’éclairage à considérer. En voici les puissances installées dans une réalisation récente.

Éclairage général : 12 – 14 W/m²
Éclairage uniforme via des luminaires encastrés dans le plafond. La reprise d’air par les luminaires permet de diminuer la charge interne.

Éclairage général par zone : 10 – 12 W/m² (on peut aujourd’hui descendre jusqu’à 6-9 W/m²) 
Éclairage via des luminaires encastrés dans le plafond, certaines zones de la pièce ont un éclairage plus faible. La reprise d’air par les luminaires permet de diminuer la charge interne.

Éclairage de base et éclairage du plan de travail : 10 W/m²
Un éclairage de base (niveau de lumière relativement bas) via des luminaires encastrés dans le plafond complété par des lampes de bureau. La reprise d’air par les luminaires permet de diminuer la charge interne.

Éclairage ponctuel uniquement : 8 – 12 W/m²
Luminaires au-dessus des plans de travail et fixés à un niveau inférieur à celui du plafond de sorte qu’une partie de la lumière est rayonnée vers le haut. La reprise d’air par les luminaires est impossible.

Éclairage indirect : 20 – 25 W/m²
La lumière est réfléchie sur le plafond. La reprise d’air par les luminaires est impossible.

Le nombre d’heures d’utilisation de l’éclairage dépend de son mode de gestion.

Avec une gestion centralisée de l’éclairage, le nombre d’heures d’utilisation maximum est atteint : l’éclairage est allumé en début de journée de travail et éteint en fin de journée par une centrale. On admet que l’éclairage est utilisé 10 heures par jour, 5 jours par semaine et durant 52 semaines.

Avec une gestion individualisée, l’éclairage est allumé en début de journée de travail et éteint en fin de journée par une centrale. Lors des pauses, l’éclairage est coupé par la centrale. En outre, un interrupteur manuel individuel est disponible pour chaque utilisateur.

Avec une bonne gestion individualisée ainsi qu’une liaison éclairage naturel, l’éclairage est allumé et éteint en fonction de la lumière naturelle disponible. Le système automatique éteignant l’éclairage est muni d’un retardateur.

Apports internes d’un local de bureau

Pour fixer des ordres de grandeur, on adopte parfois les valeurs moyennes suivantes pour définir les charges internes d’un bureau :

Local sans ordinateur

 apports internes faibles 20 W/m²
(= occupant + éclairage)

Local avec ordinateur

 apports internes moyens 30 W/m²
(= occupant + éclairage + PC)

Local avec ordinateur et imprimante

 apports internes élevés 40 W/m²
(= occupant + éclairage + PC + imprimante)

Ces valeurs ne sont pas normalisées et pourtant elles influencent fortement le bilan énergétique du local et le dimensionnement des appareils.

 

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Organiser la maintenance du chauffage

Organiser la maintenance du chauffage

Entretien des chaudières

Obligation

L’arrêté royal du 29 janvier 2009 impose que toute chaudière fonctionnant à un combustible liquide ou solide fasse l’objet d’un entretien annuel par un technicien qualifié. Avec ce nouvel arrêté, les chaudières fonctionnant au gaz font l’objet d’une obligation d’entretien triannuel.

Nettoyage de la chaudière

Photo nettoyage de la cheminée.   Photo nettoyage de la chaudière - 01.   Photo nettoyage de la chaudière - 02.

La présence de suie dans la chaudière diminue l’échange entre les fumées et l’eau : 1 mm de suie sur la surface de l’échangeur équivaut à une perte de rendement de combustion de 4 à 8 %.

L’encrassement rapide justifie que l’on procède à plusieurs nettoyages par an. Il faut cependant en rechercher la cause et la solutionner. Cela peut être :

  • un mauvais réglage du brûleur (indice de Bacharach élevé),
  • une inadéquation entre le brûleur et la chaudière,
  • un surdimensionnement de la chaudière et du brûleur.

Pour en savoir plus sur l’évaluation de ces paramètres, cliquez sur :

Évaluer

 Évaluer l’efficacité énergétique des chaudières.

Évaluer

 Interpréter la fiche d’entretien d’une chaudière.

Réglage de la combustion (pour les chaudières à brûleur pulsé fuel ou gaz)

Le réglage de la combustion s’effectue en agissant sur le volet d’air du brûleur et, si possible, sur la position de l’accrocheur de flamme et de la ligne gicleur au niveau de la tête de combustion du brûleur.

C’est principalement ce réglage qui détermine la qualité de la combustion dans la chaudière.

Réglage d’un brûleur avec mesure en parallèle du rendement de combustion.

Pour les grosses installations deux éléments peuvent justifier que l’on procède à plusieurs contrôles de combustion et réglages par an (idéalement 1 par trimestre) :

Premièrement, le volume d’oxygène contenu dans l’air diminue en hiver.

Variation du taux d’oxygène contenu dans l’air en fonction des conditions atmosphériques extrêmes
(hiver ensoleillé – été pourri)

Hiver

Été
Pression atmosphérique [mbar] 1 043 983
Température [°c] – 5 20
Humidité relative [%] 0 100
m³ d’O2 dans 1 m³ d’air comburant 0,2196 0,1849
Différence été/hiver 19 %

Effectuer un réglage au changement de saison permet d’éviter d’augmenter exagérément l’excès d’air pour éviter la formation d’imbrûlés en hiver, ce, au détriment du rendement de combustion.

Deuxièmement, un déréglage est toujours possible (usure des pièces, vibrations, aspiration des poussières perturbant le ventilateur ou encrassant la tête de combustion, …

Exemple.

Gagner 1 % de rendement sur la totalité de la saison de chauffe, grâce à un suivi saisonnier du réglage est tout à fait réaliste.

Par exemple, pour une installation consommant 200 000 litres de fuel par an, cela équivaudrait à une économie d’environ :

0,01 x 200 000 [litres fuel/an] = 2 000 [litres fuel/an]

Pour une heure de main d’œuvre par réglage.

Détérioration mécanique des chaudières

Certaines détériorations mécaniques des chaudières ont une influence sur leur efficacité énergétique et à ce titre doivent être réparées. Par exemple :

  • La dégradation de l’isolant augmente les pertes à l’arrêt.
  • La détérioration de l’isolation réfractaire à l’intérieur du foyer (porte foyère, fond de la chaudière) met en péril la tenue mécanique de la chaudière mais augmente aussi les pertes directes vers l’ambiance lorsque le brûleur est en fonctionnement (pertes par parois sèches).

 

Isolant d’une porte foyère détérioré : la chaleur dégagée a fait fondre le capotage et l’isolation acoustique d’un tout nouveau brûleur.

  • La déformation de la tête de combustion du brûleur ou son encrassement ne permet plus un réglage correct de la combustion et diminue le rendement.
  • La mobilité et le réglage du régulateur de tirage placé sur la cheminée doit être vérifiée car conditionne l’échange de chaleur dans la chaudière.
  • La fermeture correcte du clapet d’air à l’arrêt du brûleur est également un poste à vérifier.

Contrôle des paramètres de régulation

Il n’est pas rare de rencontrer des installations fonctionnant 24h sur 24 parce qu’elles ont exceptionnellement été mises en dérogation un jour et que personne ne s’est soucié de rétablir le mode « automatique ».

Un autre exemple : qui se soucie de vérifier l’exactitude des horloges de régulation, notamment lors des deux changements d’heures annuels ?

Ces éléments peuvent être la source d’une surconsommation importante (par exemple, supprimer l’intermittence du chauffage peut provoquer une augmentation de 10 .. 25 % de la consommation).

Il est donc important de vérifier régulièrement le réglage correct des paramètres de la régulation pour éviter toute dérive. Notons que ces dernières sont repérables lorsque l’ont tient une comptabilité énergétique précise pour son bâtiment.

Gérer

 Pour en savoir plus sur la mise en place d’une comptabilité énergétique et les interprétations que l’on peut en tirer.

Évaluer

 Évaluer l’efficacité énergétique de la régulation.

Contrôler le vase d’expansion et supprimer les fuites

L’ajout d’eau permanent dans la chaudière est synonyme d’apport de calcaire et d’oxygène agressif. La détérioration par corrosion de l’ensemble de l’installation peut être rapide : dégradation de la tuyauterie, de la robinetterie, des corps de chauffe, des chaudières, production de boues et blocage des vannes, bouchage des échangeurs, des chaudières, …

L’entartrage des chaudières (aux endroits les plus chaud) constitue également une isolation et entrave la transmission de chaleur. Il en résulte un échauffement excessif des matériaux et une surconsommation qui peut être considérable, selon l’épaisseur de la couche de tartre.

Il est donc important de repérer la cause du manque d’eau et d’y remédier le plus rapidement possible.

Relever le compteur de remplissage automatique

La première chose à faire est de surveiller attentivement la consommation en eau d’appoint. Pour cela, il peut être indispensable de placer un compteur d’eau sur le système de remplissage. Cela est obligatoire lorsque l’installation est munie d’un groupe de remplissage automatique. En effet, une fuite permanente peut longtemps passer inaperçue. La maintenance doit alors comprendre un relevé régulier du compteur pour repérer rapidement toute dérive.

La situation peut être considérée comme anormale et dangereuse pour l’installation si la quantité d’eau ajoutée annuellement dépasse :

 1 litre par kW installé

Il est également important de faire des comparatifs à intervalles réguliers.

Contrôle régulier du vase d’expansion

La première chose à vérifier est le vase d’expansion.

Un vase d’expansion peut être mal dimensionné.

Dans ce cas, de l’eau risque d’être évacuée régulièrement par la soupape de sécurité de la chaudière.

Il peut également être percé et ne plus remplir son rôle.

Il faut donc vérifier régulièrement la présence d’air dans le vase : le côté contenant l’air doit sonner « creux » lorsque l’on tape dessus.

Il faut savoir qu’un vase d’expansion à pression variable, se dégonfle avec le temps (c’est comme un pneu de voiture). Il faut donc vérifier régulièrement sa pression de gonflage. Pour cela, il faut isoler le vase, le vidanger, vérifier sa pression à vide et le regonfler si nécessaire (un vase d’expansion dispose d’une pipette semblable à celles des roues de voiture).

Schéma vase d'expansion.

La pression à respecter doit être égale à :

Pgon [bar] = (h [m] / 10) + 0,3 [bar],

avec un minimum à respecter de 0,5 bar

Où,

  • h est la différence de hauteur [m] entre le vase d’expansion considéré comme étant au point le plus bas de l’installation et le point le plus haut de l’installation.

 Repérer les fuites

Il faut faire la chasse aux fuites. Des traces de fuites peuvent être repérées (trace de coulées, présence d’eau) :

  • au niveau des soupapes de sécurités,
  • au niveau des joints ou des presse-étoupes,
  • au niveau des corps de chauffe,
  • au niveau de la chaudière.

Attention il faut être attentif car certaines fuites peuvent rester longtemps invisibles, par exemple, par ce que l’eau coule sous un isolant.

Contrôle de l’eau

Dans un souci de pérennité de l’installation, il est également très utile de faire analyser, une fois par an, la qualité de l’eau d’une installation de chauffage par un laboratoire spécialisé : contrôle de l’acidité, de la dureté, de la conductivité.

Par exemple, un pH de 7,5 avec une ancienne installation est synonyme d’un percement rapide. Si c’est dans une conduite enterrée …

Cela permet d’évaluer les risques de corrosion interne et l’état des surfaces inaccessibles.

Un tel compteur peut évidemment aussi être exploité dans une installation à alimentation en eau manuelle.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les corps de chauffe

Choisir les corps de chauffe

Convecteurs, radiateurs ou chauffage par le sol ?

Les corps de chauffe se différencient par le mode d’émission de chaleur

  • convection pour les convecteurs,
  • rayonnement pour le chauffage par le sol,
  • convection et rayonnement pour les radiateurs.

Schéma convection et rayonnement.

Mode d’émission de chaleur des corps de chauffe.
Par exemple, un radiateur traditionnel à ailettes émet environ 70 % de sa chaleur par convection et 30 % par rayonnement. Ce rapport est de 50 % / 50 % pour un radiateur à panneaux sans ailettes.

Confort

Le « rayonnement doux » (c’est-à-dire à basse température) est le mode d’émission le plus confortable

  • sensation de confort globale la meilleure,
  • homogénéité des températures (peu de stratification des températures, pas de fort rayonnement sur une face du corps).

C’est ainsi que des grands radiateurs fonctionnant à basse température et le chauffage par le sol se démarquent légèrement des autres types de corps de chauffe.

Par exemple, une étude menée en France par le « GREC » (Groupe de recherche sur les émetteurs de chaleur) montre que faire fonctionner un radiateur en basse température (augmentant ainsi la part d’émission par rayonnement par rapport à la convection) diminue de 0,5 à 7,5 % le nombre d’insatisfaits. Un niveau plus bas de température de fonctionnement suppose un investissement et un encombrement supérieur. En contrepartie, la basse température d’émission présente aussi des avantages en terme de consommation de la chaudière.

Consommation

Convecteur ou radiateur ?

Un convecteur suppose une température de fonctionnement plus élevée que des radiateurs, ce qui implique des pertes de distribution et de production légèrement plus importantes (une chaudière à condensation est par exemple moins efficace avec des convecteurs).

Courbe de chauffe type pour des convecteurs, des radiateurs et du chauffage par le sol.

Cette différence de température de fonctionnement implique également que l’on ne peut raccorder des radiateurs et des convecteurs sur un même circuit de distribution. Chacun demande une régulation de température spécifique.  De plus, la transmission de chaleur via de l’air entraîne inévitablement une certaine stratification des températures.

Cela oblige d’augmenter la température moyenne de la pièce pour un même confort au niveau des occupants. L’impact est cependant faible pour les locaux d’une hauteur sous plafond de 2,5 .. 3 m. Il n’en va pas de même pour les locaux de plus grande hauteur. Surtout s’ils sont très mal isolés puisque pour fournir une puissance plus élevée, la température de l’air sera plus élevée.

Exemple. On observe un gradient vertical de :

  • Pour les radiateurs : 0°C/m (bâtiments très bien isolés) à 0,8°C/m (bâtiments anciens.
  • Pour les convecteurs : 0,5°C/m (bâtiments très bien isolés) à 1,2°C/m (bâtiments anciens).
  • Pour les planchers chauffants : 0°C/m (pour tout type de bâtiment).

Exemple de stratification des températures avec un chauffage par radiateur et un chauffage par convecteur, dans un local mal isolé (source : « Les émetteurs de chaleur » du Groupe de Recherche sur les Émetteurs de Chaleur de l’ADEME).

En conclusion, un convecteur n’est choisi par rapport à un radiateur que parce qu’il est moins cher et moins inerte. Il répond ainsi rapidement à une variation de charge fréquente (local ensoleillé, local de réunion).

Lorsqu’il s’agit de locaux climatisés au moyen de ventilos-convecteurs (convecteurs avec ventilateur intégré), on ne dédouble évidemment pas les systèmes. L’émission de froid et de chaud est réalisée par le même appareil.

Chauffage par le sol

Par rapport aux radiateurs et aux convecteurs, le chauffage par le sol est plus difficile à situer. Il présente des grandes qualités et des grands défauts.

Sa consommation est fonction de sa situation :

  • Si le plancher chauffant est situé au-dessus d’une cave, d’un vide ventilé ou du sol, il présentera des pertes vers le bas qui peuvent devenir importantes cette perte peut rapidement dépasser 10 .. 20 % de la puissance émise, en fonction de l’isolation sous le plancher. Dans ce cas, le chauffage par le sol est clairement plus énergivore que le chauffage par radiateurs ou convecteurs.

Chauffage par le sol (au rez-de-chaussée) avec isolation insuffisante (seulement 2 cm de polystyrène expansé).

Calculs

 Pour estimer la perte d’un chauffage par le sol situé au dessus d’une cave, en fonction du degré d’isolation : cliquez ici !
  • Si le plancher chauffant est situé entre 2 étages occupés, cette perte peut être négligée. Le chauffage par le sol peut alors être énergétiquement plus intéressant. Dans ce cas, les études du GREC le présentent comme 10 % moins consommateur. Cela s’explique par le fait que, puisque la température moyenne des parois (dont fait partie le sol) est plus élevée, la température de l’air ambiant pourra être plus basse, pour obtenir un confort équivalent.
  • Le chauffage par le sol sera alors d’autant plus intéressant s’il est associé à une chaudière à condensation. En effet la température de retour de l’eau dans un chauffage par le sol ne dépasse pas 40°C et permet donc la condensation toute l’année.

Nous tenons cependant à nuancer l’économie possible, présentée ci-dessus. Nous ne pouvons cependant pas quantifier cette nuance :

  • Par son inertie thermique importante, le chauffage par le sol peut conduire à des surchauffes (et donc des surconsommations) plus importantes que les autres systèmes. En effet, c’est l’entièreté de la dalle de sol qui est chaude. Celle-ci ne peut donc réagir instantanément à l’apparition d’apports de chaleur gratuits importants et, de plus, elle a perdu une bonne partie de sa capacité à absorber la chaleur excédentaire.
  • Ce phénomène est quelque peu contrecarré par les propriétés d’autorégulation du système : l’émission de chaleur du plancher diminue d’elle-même lorsque la température de l’air augmente et se rapproche de celle du sol (de l’ordre de 24°C). Mais avant que l’émission de chaleur devienne négligeable, la surchauffe se fera ressentir.
  • L’inertie thermique importante du système, réduit le gain que l’on pourrait réaliser en pratiquant une intermittence du chauffage en période d’inoccupation.
Exemple. La dalle de sol, au pied d’une baie vitrée est un régulateur de l’apport solaire : il emmagasine le rayonnement solaire durant la journée et le restitue (avec un déphasage) en soirée. C’est ce qui fait la différence entre un bâtiment massif et une caravane (ou une voiture).

Comparaison entre la chaleur instantanée due à l’ensoleillement et la chaleur réellement restituée au local, pour des bâtiments à forte et faible inertie.

Si ce « réservoir », ce « ballon tampon », est déjà en partie préchauffé par le système de chauffage, il ne peut guère remplir son rôle. Si encore, on pouvait prévoir l’arrivée du soleil … Mais le chauffage de la dalle devant être démarré 4 heures avant l’usage du local, il est impossible de prédire la présence du soleil. Un compromis ? Il est peut-être possible de diviser la dalle de sol en deux partie : un réseau alimentant la zone proche de la façade et un réseau plus intérieur au bâtiment. En mi-saison, seule la zone intérieure serait alimentée, gardant « au frais » le plancher susceptible d’être ensoleillé. Nous n’avons jamais rencontré une telle solution, qui reste donc théorique. On peut aussi dédoubler les systèmes : le chauffage par le sol peut assurer un chauffage de base et un chauffage par radiateurs ou convecteurs en complément, qui peut réagir rapidement à un apport de chaleur subit. Mais dans ce cas, on perd un des avantages du chauffage par le sol qui est l’absence d’encombrement (pas de corps de chauffe visible) et augmente les coûts déjà importants (le chauffage par le sol entraîne à lui seul un surcoût de 20 %).

Par exemple, le chauffage par le sol ne convient absolument pas pour une école dont le temps d’inoccupation et les apports de chaleur gratuits (élèves, ensoleillement) sont importants. Pas plus pour un restaurant. Il ne convient pas non plus pour tout local fortement ensoleillé.

Par contre, il convient tout à fait dans les locaux de grande hauteur (atrium, local avec mezzanine, …) pour lesquels la stratification des températures devient importante dans le cas d’un chauffage par convection.

Chauffage par le sol dans un grand hall.

En conclusion

Le chauffage par le sol est intéressant (tant au niveau du confort que de la consommation)

  • dans des locaux situés au-dessus de locaux chauffés,
  • non soumis à des apports de chaleur importants et variables (occupants, soleil, …),
  • à usage continu (de type hébergement).

Le chauffage par convecteur convient dans des locaux à une variation de charge fréquente (local ensoleillé, local de réunion).

Dans tous les autres cas, le chauffage par radiateurs est le meilleur compromis confort/consommation.

Le chauffage par le plafond ?

Cela existe !

Photo chauffage par le plafond. Le principe de l’émission de chaleur est semblable à celui des planchers chauffants. Comme 90 % de la transmission de chaleur se fait par rayonnement, la stratification des températures dans le local reste réduite et les performances énergétiques bonnes.

Généralement, il s’agit de plafonds électriques. Mais il est également possible de combiner plafond refroidissant et plafond chauffant dans un même système. Cela permet d’éviter un dédoublement des systèmes et tout encombrement au sol lorsque l’on choisit une climatisation par plafond froid. A priori (nous ne disposons pas de résultats de mesure neutres), l’efficacité énergétique obtenue doit être semblable à celle des planchers chauffants (rayonnement, eau à basse température).

En pratique, une technique consiste à découper le plafond en plusieurs zones. Seule la bande de plafond proche de la façade sera alors alimentable en eau chaude. La puissance émise est suffisante pour chauffer des bureaux présentant des charges internes non négligeables.

D’après la littérature, le plafond chauffant donne des résultats semblables au chauffage par le sol, en ce qui concerne le confort et la consommation. Il présente, cependant une inertie moindre qui lui permet de réagir plus rapidement aux apports de chaleur gratuits. L’intermittence est également plus aisée, pour peu que l’on augmente la température de l’eau au moment de la relance, avant l’arrivée des occupants. Cela se justifie par le peu de surpuissance disponible par m² de plafond si on travaille à température de régime (puissance de l’ordre de 75 .. 90 W/m²).

Le chauffage par le système de ventilation mécanique ?

Dans les anciens immeubles de bureaux non isolés, la puissance nécessaire au chauffage est telle que le débit de ventilation hygiénique est insuffisant si on veut assurer avec celui-ci un chauffage aéraulique. La séparation des fonctions « ventilation hygiénique » et « chauffage » s’impose d’autant plus que le bâtiment est peu isolé et que les apports internes de chaleur (machines, éclairage, …) sont faibles.

Si on veut combiner ventilation et chauffage, un recyclage partiel de l’air doit être organisé pour augmenter les débits pulsés, ce qui surdimensionne les équipements de ventilation.

Par contre, dans les bâtiments de bureaux plus modernes, bien isolés, fortement équipés (ordinateur, imprimante personnelle), la puissance de chauffage nécessaire se réduit fortement, et avec elle, les débits d’air nécessaires pour un chauffage aéraulique. Dans ce cas, il peut être logique d’envisager la combinaison du chauffage et de la ventilation au sein d’un système double flux flux. Il n’y a plus alors d’autres sources de chauffage.

Exemple.

Prenons un bureau au sein d’un immeuble. La largeur de façade du bureau est de 4 m , pour une hauteur de 3 m. La profondeur du local est de 5 m. Le bureau est entouré (au-dessus, en dessous et sur les côtés d’autres bureaux. La façade est composée de vitrages sur une hauteur de 2 m et de maçonnerie pour le mètre restant. La température intérieure de consigne est de 20°C.

Le débit d’air neuf recommandé est de 2,9 m³/h.m², soit pour ce bureau de 60 m³, 58 m³/h ou un renouvellement d’air de 1 vol/h.

En imaginant que la température de l’air pulsé soit au maximum de 35°C, la puissance calorifique maximum transportée par l’air de ventilation est de :

0,34 [W/(m³/h).K] x 58 [m³/h] x (35 [°C] – 20 [°C]) = 296 [W]

Puissance et débit nécessaire pour assurer le chauffage par – 9°C extérieurs
Type de façade Puissance de chauffage Débit d’air nécessaire (température de pulsion = 35°C)
Mur non isolé, simple vitrage 1 682 [W] 330 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage 673 [W] 132 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR 394 [W] 77 [m³/h]
Mur isolé, double vitrage HR et 10 W/m² d’éclairage 194 [W] 38 [m³/h]

On voit que pour un bâtiment non isolé, il faut multiplier le débit d’air hygiénique par 5 si on veut combiner chauffage et ventilation. Cette majoration n’est plus nécessaire pour des bâtiments bien isolés avec un minimum d’apport de chaleur interne (éclairage, bureautique, ….).

Attention, si, pour assurer une puissance de chauffage suffisante, une majoration du taux de brassage d’air est nécessaire, elle doit se faire par recyclage d’une partie de l’air extrait. Le risque est de majorer le débit d’air neuf. C’est à proscrire car cela entraîne une augmente de la consommation non négligeable dans un bâtiment bien isolé.

Pour optimaliser la relance matinale du système de chauffage aéraulique, il faut prévoir la possibilité de travailler en tout air recyclé, l’apport d’air n’étant enclenché qu’à l’arrivée des occupants.

Dimensionnement des corps de chauffe

Actuellement les chaudières les plus performantes sur le marché sont les chaudières gaz à condensation.

La quantité de fumée condensée et donc, le rendement de celles-ci augmente lorsque la température de l’eau de l’installation diminue. Pour assurer une température d’eau minimale durant l’ensemble de la saison de chauffe, on a donc tout intérêt à dimensionner les radiateurs à un régime de température de 80/60 au lieu du 90/70 traditionnel, malgré une augmentation de la surface des radiateurs d’environ 26 % et un surcoût (sur le matériel) du même ordre.

Rappelons également que le chauffage par rayonnement à basse température est plus confortable.

Exemple.

Le coût global d’une installation de chauffage de 400 kW dans un nouveau bâtiment est de l’ordre de 120 000 .. 180 000 €.

Ce coût peut être comparé au surcoût de choisir des radiateurs dimensionnés en régime 70°/50° : environ 6 000 €.

> Quel est le gain réalisable sur le rendement de la chaudière à condensation ?

Lorsque les radiateurs sont dimensionnés en régime 90/70 (sans surdimensionnement), la température moyenne de retour des radiateurs sur l’ensemble de la saison de chauffe est de l’ordre de 43°C (avec une régulation en température glissante). Avec des radiateurs dimensionnés en régime 70/50, cette même température sera d’environ 33°C.

Pour une chaudière à condensation performante dans laquelle la température des fumées à la sortie est supérieure de 3°C à la température de retour de l’eau, le graphe suivant montre qu’en diminuant la température moyenne de l’eau de retour de 10°C, le rendement moyen de la chaudière à condensation augmente de 6 %.

Rendement utile d’une chaudière gaz en fonction de la température des fumées et de l’excès d’air (n = 1,3 équivaut à un excès d’air de 30 %). Pour un excès d’air de 20 %, une température de retour 43° C (équivalent à une température de fumée de 46°C) équivaut à un rendement utile de 97 %, une température de retour de 33°C (équivalent à une température de fumée de 36°C), à un rendement utile de 103 %.

Sur une consommation de l’ordre de 50 000 m³ de gaz, cela équivaut à une économie de l’ordre de 3 000 m³ de gaz par an ou environ 680 €/an.

Le même principe peut être appliqué aux autres utilisateurs comme les batteries à eau chaude dans les groupes de traitement d’air, les ventilos-convecteurs ou encore la production d’eau chaude sanitaire.

Ces équipements travaillent généralement à plus haute température. Il est conseillé de les surdimensionner pour diminuer leur température de fonctionnement, par exemple en leur appliquant un régime de fonctionnement 70°/40° (batteries à eau chaude, échangeurs à plaque  fonctionnant avec une température d’entrée de 70° et une température de sortie de 40°). Cette pratique qui, pour les batteries, n’est pas encore rentrée dans les habitudes, conduit à un surinvestissement rapidement rentabilisé en exploitation.

Raccordement hydraulique des corps de chauffe.

Dimensionnement des corps de chauffe.

Emplacement des corps de chauffe et rendement d’émission

Schéma sur l'emplacement des corps de chauffe.

Lorsque l’on place un radiateur le long d’une paroi extérieure, une partie de la chaleur émise est directement perdue vers l’extérieur :

  • le dos du radiateur rayonne directement vers la façade,
  • la température de l’air au dos du radiateur est plus élevée,
  • de l’air chaud lèche généralement les vitrages (radiateur en allège) ce qui augmente leur perte.

Anciennement, les corps de chauffe étaient, quand même, placés le long des façades pour compenser le rayonnement froid des murs extérieurs non isolés et des simples vitrages.

Ce choix ne se justifie plus aujourd’hui puisque l’isolation des murs et la présence des doubles vitrages (vitrages haut rendement) ont entraîné une augmentation

Il devient dès lors judicieux de placer les corps de chauffe le long des murs intérieurs, supprimant ainsi entièrement les pertes. Le gain réalisable est de l’ordre de 1 à 2 % sur le rendement d’émission et donc sur la consommation globale.

Photo de radiateurs devant des vitrages.

Il faut absolument éviter est le placement (malheureusement encore rencontré dans des bâtiments neufs) de radiateurs devant des vitrages (vitrages descendant jusqu’au plancher).

Emplacement des corps de chauffe.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Eléments théoriques de base en acoustique

Eléments théoriques de base en acoustique

Le son et le spectre sonore

Qu’est-ce qu’un son ?

Schéma principe son.

Le son est la sensation auditive engendrée par la fluctuation périodique de la pression de l’air.

Cette fluctuation se fait par rapport à la pression d’équilibre (la pression atmosphérique) et est ressentie au niveau de l’oreille.

Ainsi, une lame d’acier qui vibre entraîne la formation d’une succession de zones de pression et de dépression qui se propagent.

Cette variation de pression est sinusoïdale

Schéma variation de pression est sinusoïdale.

La variation de la pression se représente sous forme d’une onde sinusoïdale dont l’amplitude « P » caractérise le niveau de pression acoustique.

Cette amplitude traduit l’intensité de la sensation,et est encore appelée le niveau sonore. Elle est mesurée en Pascal [Pa]. C’est la pression exercée par l’onde sonore sur le récepteur (tympan, membrane d’un microphone, …).

Plus l’amplitude P est grande, plus le son est fort.

Et cette sinusoïde a une fréquence

Un son pur (à une seule fréquence), qui présente une allure sinusoïdale en fonction du temps, se représentera seulement par un trait (dont la hauteur correspond à son amplitude P) dans un diagramme en fonction de la fréquence.

Le nombre de fluctuations par seconde définit la fréquence du son. Si la durée d’une fluctuation ou « période » est de T secondes, la fréquence sera de 1/T Hertz [Hz ou 1/s].

Ainsi, le « la » du diapason vibre à la fréquence de 440 Hz, sa période est donc de 2,3 millièmes de seconde.

Plus la fréquence 1/T est élevée, plus le son paraît aigu.

En réalité, nous vivons dans du bruit, mélange de multiples sons

Le son décrit au paragraphe ci-dessus est un son « pur ». En réalité, le bruit que nous entendons est généralement composé d’un mélange complexe de sons de fréquences et d’amplitudes différentes.

Spectre sonore d’un bruit, représentant l’amplitude des sons en fonction de leur fréquence.
(un octave est une bande de fréquence d’une largeur telle que la plus grande fréquence a une valeur double de la plus faible. 8 bandes d’octave sont définies en acoustique avec comme fréquence centrale : 62,5 Hz, 125 Hz, 250 Hz (sons graves), 500 Hz, 1 kHz(sons moyens), 2 kHz, 4 kHz, 8 kHz (sons aigus)).

Pour le représenter, il faut réaliser une analyse spectrale décrivant pour toutes les fréquences le niveau de pression acoustique : c’est le spectre sonore du bruit.

On précisera alors la hauteur du bruit : un bruit est plus ou moins haut (= aigu) suivant que sa fréquence dominante est plus ou moins élevée.

On distingue deux types de bruit dans le bâtiment : bruit aérien et bruit solidien (ou bruit d’impact)

Une source de bruit aérien (parole, radio, TV, …) produit dans l’air du local où elle se trouve, une onde se propageant en ligne droite jusqu’à ce qu’elle heurte une paroi.

Celle-ci est mise elle-même en vibration et transmet un son dans le local voisin.

Par contre, un bruit d’impact est dû au choc d’un objet sur une paroi (meubles, pas, marteau sur un clou, …).

Au moment du choc, une quantité d’énergie importante est communiquée à la paroi (beaucoup plus que dans le cas d’un bruit aérien) et le son se propage facilement dans tout l’immeuble.

Le niveau sonore en décibels Lp

L’oreille est un organe extrêmement sensible ! Il perçoit des pressions acoustiques variant de 2.10-5 PA à 20 PA L’échelle varie donc de 1 à 1 000 000 !

Pour simplifier la mesure du niveau de pression acoustique, encore appelé « niveau sonore », les acousticiens ont adopté une échelle logarithmique :

Lp = 10 log [p²/po²]
= 20 log [p/po]

où,

  • p = pression acoustique mesurée
  • po = pression acoustique de référence = 2.10-5 PA
  • Lp est exprimé en décibels (dB)

Le décibel n’est donc pas une unité de mesure absolue mais est basée sur le rapport entre la pression mesurée et la pression de référence po. De plus, son évolution n’est pas linéaire, ce qui complique l’addition de 2 sons différents…
Mais ce mode de mesure correspond assez bien à la manière dont notre oreille entend et compare les sons !

Exemple.

  • Une pression acoustique de 2 PA entraîne un niveau sonore de :

20 x log [2 / 2 x 10 – 5] = 100 dB

  • Une pression acoustique de 0,02 PA (soit 100 fois moindre) entraîne un niveau sonore de :

20 x log [0,02 / 2  x 10 – 5] = 60 dB…

Rappel mathématique sur les propriétés des logarithmes

log X = log10 X = y si X : 10y

« Le logarithme en base 10 d’un nombre est l’exposant auquel il faut soumettre 10 pour retrouver le nombre ».

ex : log (10) = 1 , log (100) = 2, … ,

log (10 000) = 4, …

propriétés

log (X.Y) = log X + log Y
log (X²) = log (X.X) = 2 log X
log (2X) = log X + log 2 = log X + 0,3

L’addition de niveaux sonores

Le problème de l’addition de plusieurs niveaux sonores se pose lorsque plusieurs sources sonores produisent un son simultanément. Comme les niveaux sonores sont des grandeurs logarithmiques, elles ne peuvent être additionnées comme telles.

Il faut soit repasser aux pressions correspondantes, soit utiliser le graphe ci-dessous qui donne l’accroissement D L en décibels à ajouter au niveau le plus élevé pour obtenir le niveau résultant, connaissant la différence L1 – L2 entre les 2 niveaux à composer.

Exemple.

Soit deux niveaux sonores

L1 = 47 dB et L2 = 41 dB.

Quel sera le son total perçu ?

La différence

L1-L2 = 47 – 41 = 6 dB.

L’addition de ces deux sons donnera

L1 + 2 = 47 + ΔL = 47 + 1 = 48 dB

Curieux, non ? Cela provient de notre regard linéaire sur les valeurs 47 et 41 qui nous semblent proches. En réalité, l’expression du son en décibels utilise une échelle logarithmique : un son de 47 dB est en fait beaucoup plus élevé qu’un son de 41 dB. Et l’addition d’un son très faible à un son fort est considéré par notre oreille comme négligeable.

(si la chaîne HiFi de notre ado génère 47 dB, il ne sera que peu perturbé par notre symphonie de Bach à 41 dB… C’est chouette pour lui non ?…).

Application

On demande de déterminer le niveau global des 4 sources sonores suivantes : 84, 69, 82 et 78 dB.

Solution 1 : par calcul

L1 = 84 dB = 10 log [p1²/po²] › p1² = po².1084/10
L2 = 69 dB = 10 log [p2²/po²] › p2² = po².1069/10
L3 = 82 dB = 10 log [p3²/po²] › p3² = po².1082/10
L4 = 78 dB = 10 log [p4²/po²] › p1² = po².1078/10
›  Ltot = 10 log [(p1² + p2² + p3² + p4²)/po²]

= 10 log (1084/10+1069/10+1082/10+1078/10)

= 86,8
Il faut donc faire attention de ne pas additionner les niveaux sonores mais bien les carrés des pressions acoustiques (on dit que les pressions s’ajoutent « quadratiquement »).

Solution 2 : par abaque

L1 = 84 dB
L2 = 69 dB		 L1 – L2 = 15 dB  › Δ  L = 0 dB
L1 + 2 = 84 + 0 dB
L1 + 2 = 84 dB
L3 = 82 dB		 L1 + 2 – L3 = 2 dB  ›  Δ L = 2 dB
L1 + 2 + 3 = 84 + 2 dB = 86 dB
L1 + 2 + 3 = 86 dB
L4 = 78 dB		 L1 + 2 + 3 – L4 = 8 dB  ›  Δ L = 1 dB
L1 + 2 + 3 + 4 = Ltot = 86 + 1 = 87 dB
Remarque.

Deux sons de niveaux sonores identiques entraînent un son total de 3 dB plus élevé, tout juste perceptible. (par exemple, deux baffles d’une chaîne Hifi de 60 dB fourniront un son total de 63 dB… et, à distance, notre oreille aura difficile à percevoir si 1 ou 2 baffles fonctionnent !).

Par ailleurs, pour deux enceintes qui diffuse le même signal, la sommation est de +6dB au centre, elle n’est de +3dB que si elles sont alimentées par des signaux décorréler, ce qui n’est vrai que si elles ont une différence de distance très grande en rapport a la longueur d’onde.

En effet, Ltot = 10 log [(p1² + p2²)/po²] = 10 log 2 [p1²/po²]
= L1 + 10 log 2
= L1 + 3

La puissance acoustique Lw

On entend par puissance acoustique P la puissance d’une source sonore transmise sous forme de bruit aérien au milieu environnant. Comme pour la pression sonore, on utilisera la notion plus pratique de niveau de puissance acoustique Lw :

Lw = 10 log[P/Po]

où,

  • P = puissance acoustique en Watt (W)
  • po = puissance acoustique de référence = 10-12 W

Lw est également exprimé en décibels (dB). (Attention aux confusions avec le niveau sonore Lp !)

Le niveau de puissance acoustique est une valeur caractéristique de sources sonores (machines, haut-parleurs, …), alors que le niveau sonore en un lieu dépendra de l’éloignement de la source sonore, des caractéristiques de réverbération de la pièce, …

Source sonore

 P (W) Lw (dB)

Source sonore

P (W) Lw (dB)
Bruissement des feuilles 1.10-9 30 radio bruyante 1.10-1 110
Chuchotement 1.10-8 40 klaxon, marteau pneumatique 1 120
Conversation à voix basse 1.10-7 50 grand orchestre 10 130
Conversation normale 1.10-5 70 hélice d’avion 1.103 150
Conversation à haute voix 1.10-4 80 réacteur d’avion 1.105 170
– fusée Saturne 4.107 195

Différence entre puissance acoustique et niveau sonore

Il est important de comprendre la différence entre puissance acoustique et pression acoustique (= pression sonore), car les documents techniques abordent ces deux notions…

Exemple. l’écouteur d’un baladeur est de très faible puissance acoustique, mais peut engendrer une pression sonore très élevée lorsqu’il est situé à quelques millimètres du tympan !

Une analogie existe entre lumière et son :

Quel éclairage donnera cette ampoule ? Quel bruit fera ce climatiseur ?
L’éclairage dépend de la puissance lumineuse de la lampe. Le bruit dépend de la puissance sonore de la source Lw.
Le niveau d’éclairement en un endroit de la pièce est donné en lux. Le niveau de pression acoustique Lp en un endroit de la pièce est donné en décibel.

Plus on s’éloigne de la lampe, plus le niveau d’éclairement diminue. Plus on s’éloigne de la source, plus le niveau de pression sonore diminue.
Pour une lampe donnée, le niveau d’éclairement est plus élevé dans une petite pièce que dans un grand local. Pour une source sonore donnée, le niveau de pression sonore est plus élevé dans une petite pièce que dans un grand local.
Le niveau d’éclairement est plus élevé dans une pièce avec des murs blancs réfléchissants qu’avec des murs sombres. Le niveau de pression acoustique est plus élevé dans une pièce à parois lisses (béton, par ex.) qu’avec des parois absorbantes (tapis, p.ex.).

Lien entre puissance acoustique et niveau sonore

Le niveau de puissance acoustique est une valeur caractéristique des sources sonores (machines, haut-parleurs, …). Pour une puissance acoustique donnée, la pression acoustique dans le local va dépendre du milieu qui entoure la source et de la position du point de mesure. Plus on s’éloigne de la source sonore, plus la pression acoustique décroît. Elle va dépendre également des qualités d’absorption des parois.

On pourrait établir une analogie avec une lampe d’éclairage : elle possède une puissance donnée mais le niveau d’éclairement dépend de la distance à laquelle on se trouve de la lampe. De plus, le niveau d’éclairement (= de pression acoustique) est plus élevé dans une pièce dont les murs sont blancs (= dont les murs sont réfléchissants) que lorsque les murs sont sombres (= dont les murs sont absorbants).

En première approximation , le lien entre Lp et Lw peut s’établir par différentes relations empiriques :

Relation 1 :

Lp = Lw – 5 log V – 10 log r + 3      [dB]

où,

  • V est le volume de la pièce et r la distance entre émetteur et récepteur.

Cette relation ne s’applique qu’aux locaux « normaux », c’est-à-dire ni trop réverbérants ou ni trop sourds.

Exemple.

Dans un bureau de 75 m3 , quel est le niveau de pression sonore engendré par un climatiseur dont la puissance sonore est de 50 dB, aux oreilles de la secrétaire située à 3 m de l’appareil ?

Réponse.

39 dB car Lp = 50 – 5.log(75) – 10.log(3) + 3

Relation 2 :

Lp = Lw – 10 log V + 10 log T + 14       [dB]

où,

  • V est le volume de la pièce et T le temps de réverbération du local.
Exemple.

Dans un bureau de 75 m3 et dont le temps de réverbération est de 0,8 sec, quel est le niveau de pression sonore engendré par un climatiseur dont la puissance sonore est de 50 dB, aux oreilles de la secrétaire ?

Réponse.

44 dB car Lp = 50 – 10.log(75) + 10.log(0,8) + 14

La comparaison des deux résultats montre qu’il n’est pas simple de donner cette relation (comme il n’est pas simple de donner l’éclairement d’un point du local si les couleurs des parois ne sont pas connues…).
D’une manière approchée, on a souvent :

Lp = Lw – 5…10       [dB]

Coefficient d’absorption

Tous les matériaux absorbent plus ou moins d’énergie sonore. Le coefficient d’absorption précise le rapport entre l’énergie acoustique absorbée et l’énergie incidente.

Exemple.

Si local de bureau possède un coefficient d’absorption moyen de 0,2, chaque fois qu’un son frappe une paroi, il est absorbé de 20 %.

Une paroi lisse, dure et lourde est très réfléchissante : son coefficient d’absorption a est proche de 0. Par contre, les matériaux fibreux, à porosité ouverte, auront un coefficient d’absorption a proche de 1, du moins pour les hautes fréquences. Car il faut distinguer la capacité d’absorption des matériaux en fonction de la fréquence.

Le fabriquant d’un matériau absorbant fournira un diagramme du type repris ci-dessous  (c’est le spectre d’absorption) :

Le tableau ci-dessous fournit des coefficients d’absorption typiques de matériaux.

Élément

 Facteur d’absorption α
(moyennes de bande d’octave)
125 Hz 250 Hz 500 Hz 1 000 Hz 2 000 Hz 4 000 Hz
Crépis lisse sur maçonnerie ou béton 0,01 0,01 0,02 0,02 0,03 0,04
Plafond de plâtre suspendu, lisse 0,25 0,2 0,1 0,05 0,05 0,1
Revêtement de paroi en bois ou panneau de bois aggloméré sur lattage 0,4 0,3 0,2 0,1 0,1 0,2
Revêtement de sol collé (bois, liège, caoutchouc) 0,02 0,03 0,04 0,05 0,05 0,1
Parquet etc. sur faux plancher 0,2 0,15 0,1 0,1 0,05 0,1
Moquettes d’épaisseur moyenne 0,05 0,08 0,2 0,3 0,35 0,4
Rideaux (qualité moyenne) 0,1 0,15 0,3 0,4 0,5 0,6
Panneau acoustique de 2 cm, collé 0,1 0,15 0,4 0,6 0,7 0,7
Panneau acoustique de 2 cm, sur lattage 0,2 0,3 0,6 0,7 0,7 0,7
Fenêtre fermée 0,1 0,04 0,03 0,02 0,02 0,02
Surface occupée par des spectateurs, un orchestre ou des chœurs 0,60 0,74 0,88 0,96 0,93 0,85
Surface des sièges (rembourrage de tissu tendu, sans spectateurs 0,49 0,66 0,80 0,88 0,82 0,70
Surface des sièges (rembourrage de cuir) sans spectateurs 0,44 0,54 0,60 0,62 0,58 0,50

En général, on considère un coefficient d’absorption moyen par local de :

  • 0,4 pour des locaux très absorbants (salles de concerts, cinémas,…)
  • 0,2 pour des locaux moyennement absorbants (bureaux, habitations, …)
  • 0,1 pour des locaux réverbérants (églises, ateliers, salles de sports,…)

Le temps de réverbération

Lorsque cesse l’émission d’un bruit dans une salle fermée, il subsiste pendant un moment une traînée sonore. Cette traînée est longue si le volume du local est grand, si les parois sont lisses, nues et parallèles deux à deux. On dit qu’il y a une importante « durée de réverbération ».

Pour la mesure, on a fixé la durée de réverbération T au temps correspondant à une décroissance de 60 dB du niveau sonore après l’arrêt du fonctionnement de la source.

Supposons que l’on tapisse les parois d’un épais matelas fibreux. Dès que la source cesse d’émettre, on n’entend plus rien : on dit que la salle est sourde. Le temps de réverbération est court.

Le temps de réverbération évolue dans la plupart des locaux entre 0,5 et 1 seconde.

Comment évolue le temps de réverbération en fonction des parois d’un local ?

La formule empirique de Sabine détermine le temps de réverbération T (en secondes) :

T = (0,16 xa V) / A [s]

où,

  • V = volume du local (m³),
  • A = surface d’absorption équivalente de la salle (m²)

avec A = Somme des Si * αi de toutes les parois du local,

  • où Si = surface couverte par le matériau i (m²),
  • αi = coefficient d’absorption moyen du matériau i.

Par exemple, un mètre carré de matériau de facteur d’absorption a  = 0,5 sera équivalent à 0,5 m² de surface parfaitement absorbante.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la motivation des décideurs

Évaluer la motivation des décideurs

Ils sont si peu motivés !… Pourquoi ?

La motivation humaine est un processus fort complexe. Nous allons tenter de la décortiquer pour comprendre son fonctionnement.

Il faut d’abord voir la motivation comme le résultat d’un processus et pas comme son préalable. La démotivation est, elle aussi, le résultat d’une situation et d’une manière de la vivre. Peu de gens sont des démotivés de naissance ! Mais la motivation « spontanée » des individus à l’économie d’énergie n’existe pas : elle est plus le résultat du dialogue à instaurer volontairement que le préalable à l’instauration de nouvelles habitudes.

Ensuite, on peut dire que la motivation, c’est la VIE :

  • Valence
  • Instrumentalité
  • Expectation

Les trois éléments doivent être présents pour que la motivation s’installe. Plus encore, VIE fonctionne comme un produit : cela veut dire que si pour un des termes on a une valeur égale à 0, la motivation est, elle aussi, peu probable.

VIE, c’est pratique pour retenir, mais les mots sont un peu barbares. Reprenons donc chaque terme et voyons ce qu’il y a derrière.

VALENCE :

C’est la valeur que l’on accorde à l’action demandée. La valence, c’est le jugement de valeur que l’on porte sur la conduite ou sur ce qu’elle permet d’atteindre. Si ce qu’on nous demande est important pour nous ou nous permet d’atteindre quelque chose d’autre qui est important pour nous, nous nous motiverons pour l’action. Par exemple : faire de l’URE par solidarité, pour éviter la déresponsabilisation, que nous considérons comme négative … Rien n’est en fait important ou pas important en soi : ça dépend des valeurs de chacun.

INSTRUMENTALITÉ :

On peut facilement remplacer ce terme par OBJECTIF. On se motive plus pour une tâche si on comprend pourquoi on nous la demande. On se motive plus encore pour cette tâche si on est d’accord avec ces raisons et surtout si on a pu participer à leur élaboration. L’action demandée est plus motivante si elle nous permet d’atteindre un autre objectif au-delà de ce qui est demandé. Par exemple, dans une école, un professeur peut se motiver pour l’URE si la conduite qui lui est demandée dans ce cadre (relever des compteurs, élaborer des affiches …) lui permet d’atteindre d’autres objectifs pédagogiques ou que ça rentre facilement dans un de ses cours.

EXPECTATION = CONFIANCE EN SOI :

Les humains se motivent s’ils sont persuadés que ce qu’on leur demande est possible pour eux. L’expectation, c’est l’image que l’on a de soi et de ses possibilités d’atteindre ou non le résultat demandé. Tout le monde sait que si on se croit incapable de faire quelque chose, on arrive rarement à le faire. En matière d’URE, vous allez reconnaître un niveau d’expectation très bas quand les gens vous diront : « Je ne peux pas faire la police tout le temps, ce n’est pas mon rôle, je ne suis pas payé pour ça … », on se rend incapable de réaliser l’action demandée.

Prenons un exemple complet. Un utilisateur d’énergie peut se motiver pour réduire sa consommation d’énergie en fermant tous les interrupteurs si :

  • Instrumentalité : il sait pourquoi on lui demande de le faire (par exemple, on lui a donné en même temps les chiffres de consommation et dit combien son geste pouvait permettre d’économiser par jour, ou si on lui donne à connaître les lois sur la diminution des émissions de CO2 et en quoi son geste peut y participer, ou …)

et

  • Expectation : il se sent capable de le faire : par exemple, c’est sous son entière responsabilité, ou il se sent capable de persuader les autres personnes utilisatrices des infrastructures

et

  • Valence : c’est important pour lui la diminution du CO2 parce qu’il pense aux générations suivantes, l’environnement est une valeur pour lui, il pense qu’éviter le gaspillage, c’est bien …

Gérer

 Pour agir et organiser une campagne de sensibilisation.

Leurs décisions sont illogiques !… Pourquoi ?

La « logique » des décisions m’échappe. Leurs décisions sont prises en dépit du bon sens : ils achètent des équipements en fonction du budget disponible et des urgences et pas des économies d’énergie. Pourquoi les décideurs sont-ils si incohérents ?

Une analyse de la situation vous permet de comprendre le problème à partir de la « logique » de quelqu’un d’autre.

Cette analyse augmentera la chance d’atteindre vos objectifs. Constater est insuffisant, il faut aussi agir. L’analyse est parfois paralysante : ne vous laissez pas piéger par le fait que ce que vous découvrez est « normal ». Le changement dans une organisation passe par la volonté de certains acteurs d’atteindre des objectifs, en surmontant les obstacles liés à l’organisation ou aux comportements divergents des acteurs.

Toute organisation est traversée par des rationalités diverses (économique, technique, juridique, politique, sociale, psychologique …) liées à des intérêts divergents et complémentaires d’acteurs internes et externes à l’institution. De plus, les acteurs à l’intérieur des organisations poursuivent des objectifs qui leur sont propres.

Les décisions de ceux qui ne poursuivent pas les mêmes objectifs que nous nous apparaissent souvent comme illogiques. De plus, nous percevons comme irrationnels des comportements ou des décisions dont nous ne pouvons admettre la logique.

Mais à peu près tous les humains recherchent une cohérence interne SUBJECTIVE. Si nous nous interrogeons sur la « logique » de quelqu’un, c’est la sienne qu’il faut rechercher !

Les décideurs sont aussi « incohérents » parce que leurs critères de décision ne sont pas les vôtres !

Les responsables énergie sont rarement les décideurs. Ils ont tendance à considérer que les critères de décision les plus pertinents sont ceux qu’ils élaborent en prenant en considération leurs propres contraintes et ressources. Ils omettent parfois le point de vue d’autres acteurs notamment ceux qui doivent prendre les décisions. Dans une pareille situation, quand les points de vue ne sont pas considérés comme complémentaires par le décideur, il y aura nécessairement perception d’une « incohérence » par le responsable énergie.

Influencer les décideurs grâce à des projets bien pensés, c’est-à-dire, jouer un rôle d’aide à la décision, fait partie de la fonction de la plupart des responsables énergie, mais souvent « on » a omis de le leur dire.

Il est important aussi de se rappeler qu’à l’intérieur d’une organisation, ce sont des hommes qui prennent des décisions et pas « un pouvoir » impersonnel. Rétablir la personne derrière ce concept de « pouvoir » permet de mieux réfléchir des stratégies pour la convaincre du bien-fondé d’un projet.

Gérer

 Pour agir et surmonter son propres découragement.

Gérer

 Pour agir, faire entendre son avis et convaincre la hiérarchie.

Tout est bloqué !… Pourquoi ?

Tout se bloque quand le projet n’a plus d’importance pour les personnes chez qui il se trouve ou si d’autres priorités viennent gommer l’importance du dossier.

Les blocages sont fait d’un mélange d’éléments aléatoires, intentionnels et inconscients :

  • l’aléatoire par nature nous échappe;
  • l’intentionnel est lié aux objectifs des acteurs;
  • l’inconscient quant à lui peut s’expliquer notamment en prenant comme cadre de référence les buts de mission et de système et le fonctionnement du processus du pouvoir.

Toute institution remplit une fonction dans la société ; elle poursuit des « buts ». Certains sont officiels et donc clairement exprimés. D’autres ne sont pas explicités mais ont quand même une influence sur le fonctionnement de l’organisation. Mintzberg établit deux catégories de buts poursuivis dans une institution : les buts de mission et les buts de système.

Les buts liés à la mission décrivent la vocation externe de l’institution. Ils sont la raison d’être de l’organisation. Par exemple, le but de mission d’une école, c’est l’éducation des jeunes. Les buts déclarés sont le plus souvent des buts de mission. Ils sont généralement exprimés en termes vagues et imprécis. Ils sont donc sujets à diverses interprétations à l’intérieur et à l’extérieur de l’institution, ce qui peut être à l’origine de bien des conflits et des blocages.

Les buts liés au système sont ceux que l’institution poursuit pour assurer son existence et son développement. Ils concernent directement l’organisation et son personnel. Ces buts peuvent être la survie (but minimal), la croissance, le contrôle de son champ d’action, une utilisation efficiente des ressources. Ils existent dans toutes les organisations, mais ils ne sont pas toujours explicites ou conscients. Ils sont pourtant fondamentaux pour que l’institution puisse poursuivre des buts de mission.

La gestion de l’énergie, c’est typiquement un but de système. En effet, comme d’autres départements (comptabilité, personnel…), le Responsable Énergie apparaît comme « auxiliaire » par rapport aux fonctions de ceux qui travaillent directement à la réalisation des buts de mission (les professeurs dans une école, le bourgmestre dans une commune, les agents de la production dans une usine).

On découvre l’importance des buts de système quand justement ils ne sont pas atteints. Quand tout fonctionne bien, on a tendance à les ignorer (ainsi que ceux qui y contribuent).

Dans beaucoup d’organisations, les buts de mission, les impératifs économiques et les objectifs des acteurs sont les critères les plus importants pour prendre des décisions.

Technicien chauffage
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Améliorer les chaudières

Technicien chauffage

Améliorer le réglage de la combustion

Le réglage correct du débit d’air comburant est une donnée essentielle pour optimaliser le rendement de combustion du brûleur. La pratique montre qu’un léger excès d’air est nécessaire pour atteindre le rendement maximum. Il faut donc trouver cet optimum en réglant le registre d’air tout en mesurant le rendement et en surveillant l’apparition d’imbrûlés.

Attention, le volume d’oxygène contenu dans l’air diminue en hiver. C’est pourquoi les responsables de chaufferie ont tendance à régler les brûleurs à air pulsé avec des excès d’air plus élevés, de manière à éviter la formation d’imbrûlés quelle que soit la saison, ce, au détriment des performances de la combustion.

C’est aussi, ce qui peut justifier que, pour les installations d’une certaine puissance, plusieurs réglages annuels soient effectués.

Réglage d’un brûleur avec analyse en direct des fumées.

Gérer

 Pour en savoir plus sur l’intérêt de procéder à plusieurs réglages par an.

Améliorer l’évacuation des fumées

Réguler le tirage

Un tirage de la cheminée trop important (> 15 .. 20 Pa) a des incidences sur le rendement de combustion de la chaudière :

  • augmentation de la vitesse des fumées et augmentation de la température de celles-ci;
  • augmentation de l’excès d’air (notamment parasite) et diminution de la teneur en CO2 des fumées.

Un tirage trop faible (< 10 PA) ou fluctuant sera source d’imbrûlés.

Pour remédier a ces problèmes, il faut bien souvent équiper la buse d’évacuation des fumées d’un régulateur de tirage ou, s’il est déjà présent, procéder à un nouveau réglage.

Régulateur de tirage.

Notons que la présence d’un régulateur de tirage limite également les problèmes de condensation dans la cheminée :

  • Les fumées sont diluées par de l’air frais. La teneur en vapeur d’eau du mélange diminue par rapport aux fumées pures. La température à partir de laquelle cette vapeur d’eau va se condenser va donc s’abaisser.

 

  • La température du mélange aspiré par la cheminée diminuant, l’échange de chaleur entre les parois de la cheminée et les fumées diminue et donc proportionnellement, les fumées se refroidissent moins.

 

  • Le débit total véhiculé par la cheminée augmentant, à échange vers les parois égal, la chute de température de mélange sera plus faible.

 

  • À l’arrêt de la chaudière, dans les grandes cheminées, le tirage sera tel que le régulateur de tirage conservera une certaine ouverture, créant un courant d’air permanent asséchant la cheminée.

Isoler la buse de raccordement à la cheminée

Isoler la buse de raccordement entre la chaudière et la cheminée ralentit le refroidissement des fumées et donc les risques de condensation des fumées dans la cheminée.

En soi l’isolation de la buse n’améliore pas le rendement mais indirectement lorsqu’un problème de condensation apparaît dans la cheminée, le réflexe du technicien est malheureusement parfois de bloquer en position ouverte, le clapet d’admission d’air du brûleur et, par conséquent, le rendement s’en ressent. Il vaudrait beaucoup mieux placer un régulateur de tirage et isoler la buse de raccordement.

Exemple :

Pour une surface de buse de 6 m², et une température de fumée à la sortie de la chaudière de 160°C, la température au niveau de la souche de cheminée sera de 120°C, soit une chute de température de 40°C.

Cette chute de température peut être réduite à 5°C si la buse de raccordement est isolée avec une épaisseur de 5 cm de laine minérale.

Modifier la régulation du brûleur

Il est fréquent de rencontrer des brûleurs performants (anciens ou récents) dont les avantages ne sont pas exploités réellement.

Les deux exemples les plus flagrants sont :

Visualisation du positionnement du volet d’air motorisé d’un brûleur 2 allures :
on peut y constater la fermeture à l’arrêt et le passage de première en deuxième allure.

Faire corriger ces deux points par un technicien spécialisé permet d’importantes économies.

Fermeture du volet d’air motorisé à l’arrêt

La fermeture du volet d’air implique que l’alimentation électrique de son servomoteur ne soit pas coupée à l’arrêt du brûleur. Il faut donc que le chauffagiste corrige le raccordement électrique de ce dernier pour qu’il corresponde aux prescriptions du fabricant.

Bornier de raccordement électrique d’un brûleur et servomoteur permettant la fermeture du clapet d’air à l’arrêt. Sur les brûleurs domestiques (moins de 40 kW), celui-ci n’est qu’en option.

Le gain qui en résulte peut être important si on estime que l’on supprime les pertes par balayage, grâce à cette amélioration.

Évaluer

 Évaluer les pertes par balayage.

Notons que certains installateurs préfèrent forcer l’ouverture permanente du clapet d’air pour maintenir un balayage dans la cheminée et éviter les problèmes de condensation.

Ce raisonnement est à proscrire parce qu’il engendre, comme on l’a vu, des pertes importantes pour la chaudière. Si des problèmes de condensation se présentent, c’est au niveau de la cheminée qu’il faut agir, en revoyant son dimensionnement ou en ouvrant la trappe de ramonage ou le régulateur de tirage.

Concevoir

 Concevoir une cheminée.

Régulation des brûleurs en cascade

Par facilité et économie d’investissement, certains brûleurs 2 allures sont raccordés sans réelle régulation en cascade.

Pour être régulé en cascade, un brûleur 2 allures a en général besoin soit de 2 aquastats (sur le départ ou sur le retour), chacun de ceux-ci commandant une allure, soit de relais temporisés, soit d’un régulateur de cascade (module de gestion de cascade travaillant au départ d’une sonde de départ).

Armoire de gestion de cascade précâblée incluant les relais temporisés.

Si le brûleur n’est commandé que par un aquastat et que la commande de la première allure est « pontée » (comme disent les fabricants de brûleurs), celui-ci se comportera comme un brûleur démarrant en petite allure et enclenchant d’office la grande allure rapidement. Le brûleur fonctionne donc la plupart du temps à pleine puissance et on perd l’intérêt de disposer d’un matériel capable d’adapter sa puissance aux besoins, à savoir l’augmentation du temps de fonctionnement du brûleur, la diminution des pertes à l’arrêt et l’augmentation du rendement de combustion).

Concevoir 

 Intérêt d’un brûleur 2 allures ou modulant

Pour exploiter correctement un brûleur deux allures et réduire ainsi les pertes et émissions polluantes, il faut compléter la régulation existante par des relais temporisés ou un module de gestion de cascade. Celui-ci permet de gérer en fonction des besoins de puissance, le fonctionnement en cascade de plusieurs chaudières équipées de brûleurs à deux allures.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la première allure du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière. Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 %) de la puissance nominale de la chaudière. La puissance développée par le brûleur en première allure doit donc absolument être vérifiée, comparée aux exigences du fabricant et augmentée si nécessaire.

Études de cas 

 Audit d’une installation de chauffage.

Améliorer la régulation en cascade des chaudières

Réguler en cascade des chaudières fonctionnant en parallèle

Réguler des chaudières en cascade a deux intérêts :

  • Limiter les pertes à l’arrêt des chaudières dont la puissance n’est pas nécessaire pour couvrir les besoins. Autrement dit, isoler hydrauliquement les chaudières mises à l’arrêt, évite le maintien en température de la chaudière.

 

  • Limiter la puissance mise en œuvre pour augmenter le temps de fonctionnement des brûleurs et limiter les pertes et les émissions polluantes au démarrage et à l’arrêt du brûleur (comme pour la régulation en cascade des brûleurs 2 allures).
Exemple :

Ces deux chaudières de 350 kW sont équipées d’un brûleur 2 allures mais qui en réalité travaille toujours à pleine puissance.

Les deux chaudières fonctionnent en parallèle et sont maintenues en température durant toute la saison de chauffe (5 800 h/an).

Leur surdimensionnement par rapport aux besoins maximaux est de l’ordre de 20 %. Le rendement utile des chaudières est estimé à 90,3 % (rendement de combustion mesuré : 91 %).

Les brûleurs sont équipés d’un volet d’air motorisé mais qui est maintenu en permanence ouvert. Le coefficient de perte à l’arrêt qui en résulte est estimé à 2 % (0,5 % pour les pertes vers l’ambiance et 1,5 % de pertes par balayage).

Le rendement saisonnier de l’installation est estimé à 85,5 % et la consommation annuelle est de 123 800 litres de fuel par an.

Examinons le gain possible en améliorant la régulation en cascade de brûleurs et des chaudières.

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

Calculs

 sur base du climat moyen de Uccle, !

Calculs

 sur base du climat moyen de St Hubert,  !

La première action à envisager est de supprimer le balayage d’air dans la chaudière à l’arrêt en modifiant le raccordement électrique des brûleurs. Le coefficient de perte à l’arrêt passe ainsi de 2 % à 0,5 %.

Le rendement saisonnier atteindrait alors la valeur de 89 %, soit un gain de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 89 [%]) = 4 868 [litres/an]

À partir de ce moment, les autres actions ont moins d’intérêt.

Si on régule en cascade les 2 allures des brûleurs, le rendement monte à 91,3 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an]) x (1 – 89 [%] / 91,3 [%]) = 2 996 [litres/an]

Grâce à la diminution des temps d’attente des chaudières et l’amélioration du rendement de combustion en petite allure (on estime que le rendement de combustion augmente de 2 % en 1ère allure). On ne tient pas compte ici de la diminution de l’encrassement de la chaudière parallèle à la diminution du nombre de démarrages, gain non chiffrable.

Enfin, si on régule l’ensemble de l’installation en cascade avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt, le rendement saisonnier serait de 91,8 %, soit un gain complémentaire de :

(123 800 [litres/an] – 4 868 [litres/an] – 2 996 [litres/an]) x (1 – 91,3 [%] / 91,8 [%]) = 631 [litres/an]

grâce à la suppression des pertes à l’arrêt de la chaudière non nécessaire.

Gain total : 4 868 [litres/an] + 2 996 [litres/an] + 631 [litres/an] = 8 495 [litres/an] ou 1 797 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

Si la technologie des anciens brûleurs est telle qu’il n’est pas possible de supprimer les pertes par balayage, sans changer de brûleur, le gain réalisé régulant en cascade les allures des brûleurs et en réalisant une véritable cascade de chaudières serait différent.

On passerait d’un rendement de 85,5 % à un rendement de 88,5 % en modifiant la régulation des brûleurs, puis à un rendement de 90,4 % par une régulation complète de l’ensemble avec isolation hydraulique de la chaudière à l’arrêt.

Les gains successifs seraient de :

123 800 [litres/an] x (1 – 85,5 [%] / 88,5 [%]) = 4 196 [litres/an]

(123 800 [litres/an] – 4 196 [litres/an]) x (1 – 88,5 [%] / 90,4 [%]) = 2 514 [litres/an]

Gain total : 4 196 [litres/an] + 2 514 [litres/an] = 6 710 [litres/an] ou 1 420 [€/an] à 0,2116 [€/litre]

À titre de comparaison, le devis remis pour le module de gestion de cascade de cette installation était de 1 375 € HTVA.

Améliorer la régulation en cascade existante

La régulation en cascade des chaudières n’a un sens que si les chaudières mises à l’arrêt sont déconnectées du réseau hydraulique au moyen d’une vanne motorisée. Cette précaution n’est cependant pas suffisante pour éviter que toutes les chaudières ne restent à haute température toute l’année. Il faut, en plus, être attentif à ce que la cascade respecte deux principes minimaux :

  • 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.

 

  • Une temporisation suffisante à l’enclenchement des chaudières pour éviter les démarrages intempestifs et inutiles de toutes les chaudières, quelle que soit la saison.

Couper manuellement une chaudière inutile dans une installation surdimensionnée

Bien souvent, les anciennes installations sont fortement surdimensionnées. Pour s’en convaincre, il suffit d’écouter un bon nombre de responsables techniques qui précisent qu’une des chaudières de leur installation ne se met jamais en route. Dans ce cas, il peut être simple de couper carrément une des chaudières au moyen d’une vanne manuelle. Cette chaudière ne serait alors remise en route que par de grands froids exceptionnels.

Évaluer

 Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.
Exemple :

Dans une installation de 2 chaudières de 500 KW, une des chaudières est inutile.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 2 %. En mettant à l’arrêt la chaudière inutile au moyen dune vanne d’isolement manuelle, on peut gagner (avec un rendement utile de la chaudière de 86 %) :

2 [%] x 500 [kW] x 5 800 [heures/an] / 0,86 = 67 442 [kWh/an] ou 6 744 [litres de fuel ou m³ de gaz par an]

Précautions

  • Pour éviter la corrosion de la chaudière mise à l’arrêt, il est conseillé de la laisser « sous eau » et de prévoir une passivation de l’eau de l’installation après analyse. Une telle analyse, qui par ailleurs ne peut être que bénéfique pour l’ensemble de l’installation, peut par exemple, être réalisée par le CSTC.

 

  • La « déconnection hydraulique » d’une chaudière inutile va entraîner une diminution du débit d’eau dans le circuit primaire. Cela peut poser un problème de confort dans le cas d’un circuit primaire bouclé. Pour éviter ce problème, il faudra vérifier que la température de la ou des chaudières restées en fonctionnement soit suffisamment supérieure à la température demandée aux circuits secondaires (ce qui est généralement le cas avec des anciennes chaudières maintenues sur leur aquastat).

 

  • Attention, si une chaudière est mise longtemps à l’arrêt, il est possible que des oiseaux nichent ou simplement tombent dans la cheminée, bouchant cette dernière. Il faut y être attentif lors de la remise en route.

 

  • Il faudra respecter les prescriptions garantissant le bon fonctionnement de la régulation en cascade.

Évaluer

 Pour en savoir plus sur les problèmes hydrauliques susceptibles d’apparaître avec les circuits primaires bouclés.

Diminuer la puissance du brûleur

Lorsqu’une chaudière est manifestement surdimensionnée, il n’est pas utile de lui adjoindre un brûleur 2 allures. Autant diminuer, de façon permanente, la puissance en modifiant les caractéristiques du brûleur (à l’exception des brûleurs gaz atmosphériques) :

  • pour les chaudières fuel : en modifiant les caractéristiques du gicleur (débit du gicleur/ pression de pompe),
  • pour les chaudières gaz : en diminuant la pression de gaz.

Attention, les fabricants de chaudières recommandent souvent la puissance minimale en dessous de laquelle la puissance du brûleur ne peut pas descendre sous peine de voir apparaître des condensations dans la chaudière (lors des relances, lorsque la température de l’eau diminue, …). Cette puissance est généralement de l’ordre de 60 % (voire 80 % pour certaines chaudières) de la puissance nominale de la chaudière.

Cette contrainte montre la limitation de cette amélioration. En effet, si on diminue trop la puissance du brûleur, on risque de mettre en péril la chaudière (corrosion par l’acide, principalement avec le fuel).

Si la chaudière est manifestement surdimensionnée, mieux vaut rechercher une solution plus globale et envisager le remplacement de la chaudière.

Évaluer

 Pour évaluer l’importance du surdimensionnement des chaudières.

Remplacer le brûleur

Certains anciens brûleurs pulsés (gaz ou fuel) ne permettent plus un réglage correct de la combustion et l’obtention d’un rendement de production suffisant. Cela est notamment dû au fait que l’usure mécanique des pièces qui ne permet plus un dosage correct entre l’air et le combustible.

Évaluer

 Évaluer les paramètres de la combustion.

Il en résulte une production d’imbrûlés plus importante, un encrassement et donc une perte de rendement plus rapide. Cela peut aller jusqu’à l’arrêt du brûleur trop encrassé.

L’âge du brûleur est également source de pannes plus fréquentes des différents organes qui à elles seules justifient le remplacement.

Nouveau brûleur et vieille chaudière ?

Est-il judicieux de remplacer uniquement le brûleur dune chaudière obsolète ?

Non, si la chaudière est manifestement au bout du rouleau et que son surdimensionnement est manifeste. Dans ce cas, il faut envisager le remplacement de l’ensemble.
Oui, si on prend en considération le gain énergétique que l’on peut déjà réaliser par cette action et si on s’assure de pouvoir récupérer le nouveau brûleur en cas de remplacement futur de la chaudière.

Beaucoup de gestionnaires se posent la question de la durée de vie restante d’une ancienne chaudière. Il est impossible de donner une réponse précise à cette question. Cela dépend du mode de fonctionnement de la chaudière depuis son installation. Par exemple, la fonte « enregistre » les contraintes qu’elle a subies durant toute sa vie. Fragilisée, elle « lâchera » un jour. On ne peut dire quand, car on ne peut chiffrer ces contraintes.

Evidemment, des taches flagrantes de corrosion interne sont un signe de détérioration future.

C’est pourquoi, plus que de miser sur la « survie » ou la « mort future » dune chaudière, il faut programmer son remplacement par souci d’économie d’énergie ou dans le cadre du programme d’investissement lié à la maintenance du bâtiment.

Améliorer

 Remplacer la chaudière.

Le gain

Gain sur le rendement de combustion

Les nouveaux brûleurs assurent une meilleure combustion que les anciens, notamment avec une production moindre de NOx. Cependant, si la chaudière ne change pas, la qualité de l’échange entre les fumées et l’eau reste identique.

De plus, chaque chaudière est développée pour un nombre limité de brûleurs, de manière à optimaliser l’échange de chaleur. En plaçant un nouveau brûleur sur une vieille chaudière, on peut, dès lors, conserver des températures de fumée assez élevées.

On n’obtient donc pas une amélioration du rendement de combustion aussi importante que si on remplaçait l’ensemble de l’installation.

En première approximation, on peut miser sur une augmentation du rendement de combustion de 1 .. 2 points.

Par exemple, pour une chaudière ayant un rendement de combustion de 88 %, on peut espérer que le remplacement du brûleur permette d’atteindre un rendement de 90 %.

Gain sur les pertes par balayage

Le gain réalisé en plaçant un nouveau brûleur se situe également au niveau de la suppression de pertes par balayage de la chaudière.

En effet, les nouveaux brûleurs possèdent la plupart du temps un clapet d’air qui se referme lorsque le brûleur est mis à l’arrêt. Ce clapet a pour effet de supprimer le courant d’air qui parcourt la chaudière lorsque le brûleur est arrêté.

Les pertes par balayage que ce courant d’air engendre sont souvent de l’ordre de 1 .. 1,5 % de la puissance installée.

Comme on l’a vu ci-dessus, il faut cependant faire attention, si le nouveau brûleur est équipé d’un clapet d’air motorisé (la présence d’un servomoteur pour manœuvrer le clapet d’air est indiquée dans la documentation technique du brûleur). En effet, il arrive (souvent) que le mode de régulation appliqué à la chaudière ne permette pas au clapet de se refermer à l’arrêt du brûleur.

Exemple.

Beaucoup d’anciennes chaudières sont maintenues en température par un aquastat. Lorsque la température de consigne est atteinte, le brûleur est mis à l’arrêt par coupure de son alimentation électrique. Or si cette dernière est totalement coupée, le servomoteur du clapet d’air est inopérant et le clapet ne peut se refermer.

Pour éviter cela, il faut être attentif au mode de

raccordement du nouveau brûleur.
Exemple.

Considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage.

Le rendement de combustion mesuré est de 87 %.

En plaçant un nouveau brûleur, on peut espérer une augmentation du rendement de combustion à 89 % et on supprime les pertes par balayage.

Le rendement saisonnier de production calculé passerait alors de 82,1 % à 87,7 % (si la chaudière ne produit pas d’eau chaude sanitaire en été).

Le gain énergétique s’élève donc à :

60 000 [litres de fuel] x (1 – 82,1 [%] / 87,7 [%]) = 3 831 [litres fuel/an] ou 1 245 [€/an] (à 0,325 €/litre)

pour un coût de : 3 625 € (HTVA).

Pour effectuer le calcul dans votre propre situation et évaluer le potentiel d’amélioration,

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Colmater et réisoler la chaudière

Voilà le type d’action que l’on peut mener en attendant de préparer le projet de remplacement d’une très ancienne et peu performante chaudière.

Colmater les entrées d’air

Les entrées d’air parasite (entre les éléments d’une chaudière en fonte, au niveau de la porte foyer, ou encore par le regard des anciennes chaudières au charbon converties) sont synonymes :

  • De pertes de rendement de combustion par augmentation parasite de l’excès d’air. Les inétanchéités peuvent être telles que, quel que soit le réglage du brûleur, il est impossible d’atteindre un pourcentage de CO2 suffisant dans les fumées et donc un bon rendement de combustion.

 

Pour remédier à cela, il suffit de colmater les trous au moyen d’un mastic réfractaire, opération qui peut facilement se faire par du personnel interne à l’établissement.

Réisoler la jaquette

Dans beaucoup d’anciennes chaudières, il est possible de démonter l’enveloppe extérieure (la jaquette) et d’insérer sous celle-ci un nouvel isolant ou un isolant complémentaire en laine minérale.

Exemple.

   

Placement de nouveaux panneaux isolants sous la jaquette dune ancienne chaudière.

en passant d’une épaisseur d’isolant de 3 cm (en bon état !) à une épaisseur d’isolant de 5 cm, on diminue de 40 % la perte de chaleur par les parois de la chaudière. Le gain est de 90 % pour les zones de la paroi où l’isolant a disparu.

Soit un gain d’environ 13 litres de fuel par an et par m² de paroi pour une chaudière maintenue à 70°C durant la saison de chauffe pour un coût des matériaux de l’ordre de 5 €/m² (le gain est de 200 litres/m² de paroi, par an pour les parties non isolées au départ).

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières

Diminuer la température de fonctionnement des chaudières maintenues en permanence en température élevée permet de réduire leurs pertes à l’arrêt.

Ainsi, en fonction de la saison, ou en permanence si les chaudières sont surdimensionnées, on peut modifier manuellement la température de consigne de l’aquastat de chaudière.

On peut aussi imaginer que la chaudière soit régulée totalement en température glissante en fonction de la température extérieure.

Gain

Les pertes à l’arrêt dépendent de la différence de température entre la chaudière et la chaufferie.

Exemple.

considérons une chaudière de 350 kW de 1981, équipée d’un ancien brûleur sans fermeture à l’arrêt du clapet d’air. La consommation annuelle de cette installation est de 60 000 litres de fuel par an.

Les pertes à l’arrêt de cette chaudière sont estimées à 0,5 % de pertes vers l’ambiance et à 1,5 % de pertes par balayage, la chaudière fonctionnant en permanence à une température moyenne de 80°C.

En diminuant la température de la chaudière de 10°C en moyenne sur la saison de chauffe, on diminue les pertes à l’arrêt dans le rapport (pour une température de chaufferie de 20°C) :

[(70 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])] 1,25 = 0,8

Le gain s’élève à :

(1 – 0,8) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 5 600 [kWh]/an ou 560 [litres/an]

où 4 000 [h/an] = le temps d’arrêt de la chaudière durant la saison de chauffe pour une chaudière non surdimensionnée.

Si la chaudière était totalement régulée en température glissante la température moyenne sur la saison de chauffe serait de l’ordre de 43°C. Dans ce cas les pertes seraient réduites d’un facteur :

[(43 [°C] – 20 [°C]) / (80 [°C] – 20 [°C])] 1,25 = 0,3

Le gain s’élèverait à :

(1 – 0,3) x 0,02 x 350 [kW] x 4 000 [h/an] = 19 600 [kWh]/an ou 1 960 [litres/an]

Un deuxième gain se situe au niveau des pertes du collecteur primaire, maintenu à la température des chaudières.

Exemple.

Une chaudière alimente un collecteur primaire DN 50 de 20 m (aller-retour), isolé par 4 cm de laine minérale.

Actuellement, le collecteur est maintenu à une température moyenne (aller-retour) de 70°C.

Si le collecteur est alimenté en température glissante sans limite basse, la température moyenne du collecteur durant la saison de chauffe sera d’environ 43°C.

Pour chacun des deux cas, la perte de distribution en chaufferie (température ambiante de 15°C) s’élève à :

Cas de la température fixe : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (70 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 1 729 [kWh/an] ou 173 [litres fuel/an] ou 173 [m³ gaz/an]

Cas de la température glissante : 0,271 [W/m.°C] x 20 [m] x (43 [°C] – 15 [°C]) x 5 800 [heures/an] = 880 [kWh/an] ou 88 [litres fuel/an] ou 88 [m³ gaz/an]

Évaluer

 Pour évaluer les pertes du réseau de distribution.

Précautions

Problèmes hydrauliques

Attention, dans certains types de circuits primaires (boucles fermées, bouteilles casse-pression), la régulation en température glissante de la chaudière peut conduire à des problèmes d’inconfort dans certains circuits. Avant de se lancer dans l’investissement d’un régulateur climatique, un essai manuel peut être effectué pour évaluer le risque encouru.

Évaluer 

 Pour en savoir plus sur les problèmes d’inconfort liés à l’hydraulique et à la régulation en température glissante des chaudières.

Condensations internes

Toutes les chaudières (nouvelles ou anciennes) ne peuvent travailler avec une basse température d’eau. Certaines risquent de se détériorer du fait des condensations internes de fumées qui peuvent apparaître. Ce problème est encore plus présent pour les chaudières fonctionnant au fuel puisque dans ce cas les condensats sont plus acides.

Les anciennes chaudières en fonte ne posent pour cela, aucun problème étant donné :

  • Le mauvais échange de chaleur au niveau du foyer, qui empêche à la température des fumées de descendre trop bas.
  • L’épaisseur de la fonte qui ne risque guère de percer en cas de corrosion.

Ce n’est pas le cas pour les anciennes chaudières en acier qui, elles, sont sensibles à la corrosion.

Anciennes chaudières en fonte.

Il est évident que les chaudières modernes très basse température s’accommodent très bien de ce type de régulation.

Il faut également faire attention dans le cas des anciennes chaudières avec des rampes gaz (brûleurs gaz atmosphériques) sur lesquelles de l’eau de condensation des fumées risque de couler, causant de la corrosion et une production importante de suie.

Si un doute subsiste sur les capacités de la chaudière à résister à ce mode de fonctionnement, le plus simple est d’interroger le fabricant de la chaudière ou son fournisseur : « est-ce que la chaudière dont je dispose peut être régulée en température glissante, sachant que cela impliquera par moment un fonctionnement à très basse température ».

Le maintien en température élevée des anciennes chaudières est également parfois inévitable en présence dune production d’eau chaude sanitaire combinée à la chaudière.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Placer un récupérateur de chaleur

Placer un récupérateur de chaleur

Quantité d’énergie exploitable

Exemple.

Calculons l’énergie contenue dans 1 m³ d’air rejeté à l’extérieur.

Soit de l’air à 22°C rejeté à l’extérieur où il fait 6°C.

La quantité de chaleur Q contenue dans ce m³ d’air rejeté est égale au produit du volume d’air par la chaleur volumique de l’air (0,34 Wh/m³°C) et par l’écart de température entre l’air rejeté et l’air à l’extérieur (ΔT).

Q = 0,34 [Wh/m³°C] x 1 [m³] x (22 [°C] – 6 [°C]) = 5,4 Wh

En fait, l’énergie perdue est proportionnelle à l’écart de température et au taux d’humidité :

  • plus l’air rejeté est chaud (perte de chaleur sensible),
  • plus l’air rejeté est humide (perte de chaleur latente),
  • plus la température extérieure est basse.

Plus l’énergie contenue dans l’air rejeté est grande

Calculons l’énergie rejetée par heure par un groupe de ventilation ayant un débit de 10 000 m³/h.

Supposons que cet air de ventilation doit être simplement chauffé, et qu’il n’y a pas de contrôle d’humidité.

Ce groupe rejettera donc toutes les heures un potentiel énergétique de :

Énergie rejetée par heure : 5,4 [W/(m³/h)] x 10 000 [m³/h] = 54 [kWh]

Si le chauffage de l’air est assuré par une installation au mazout dont le rendement est de 70 % (rendement d’installation moyen), cela représente un équivalent combustible de :

54 [kWh] / 0,7 x 10 [kWh/litre] = 7,7 [litres]

Un récupérateur de chaleur sur l’air extrait permet, en gros, de récupérer 50 % de cette consommation, soit l’équivalent de 3,6 litres ou 1,35 € (à 0,375 €/litre) par heure de fonctionnement (certains récupérateurs permettent de récupérer 75 .. 90 % de cette consommation).

Installation sans récupération.

Installation avec récupération.

Calculs

 Pour estimer le gain réalisable par le placement d’un récupérateur de chaleur.

Rentabilité d’un récupérateur de chaleur

La rentabilité du récupérateur résulte de la comparaison entre « le bénéfice », c’est-à-dire le coût de l’énergie récupérée, et « les dépenses », c’est-à-dire

  • Les dépenses de capital pour l’achat et le placement des échangeurs, pompes, ventilateurs, … (dans une installation neuve il faudra également tenir compte de l’éventuelle possibilité de réduire la taille des autres équipements de chauffe, batteries, chaudières, …),
  • les frais d’exploitation en consommation d’énergie des pompes, ventilateurs et accessoires,
  • les coûts d’entretien des équipements.

Le point délicat dans le calcul de la rentabilité sera l’estimation correcte de l’économie d’énergie que l’on peut atteindre. Celle-ci étant en pratique dépendante des conditions de fonctionnement essentiellement variables de la ventilation.

L’optimalisation consiste à rechercher, parmi plusieurs solutions techniques, la sélection de l’équipement présentant le temps de retour le plus court et/ou l’économie maximale.

L’optimum peut être déterminé selon les deux critères suivants :

  • Énergie nette maximale récupérée, qui est l’énergie totale récupérée moins les consommations en énergie du récupérateur (accessoires, accroissement des pertes de charge et donc de la puissance du ventilateur).
  • Gain financier maximum, le système est alors optimisé par rapport au gain financier pendant la durée de vie estimée de l’équipement (10 ans).

En fait, l’optimalisation se réalisera entre un nombre limité de solutions : différents modèles d’un même type et différents types de récupérateurs compatibles avec l’application concernée (les critères technologiques ayant déjà permis une première sélection).

Exemple.

Envisageons ici un exemple de calcul de rentabilité :

Soit une installation de ventilation assurant un débit de 10 000 m³/h et fonctionnant en tout air neuf 10 h par jour (de 8 h à 18 h), 5 jours par semaine et 35 semaines par saison de chauffe, soit 1 750 h.

Économie d’énergie

La température intérieure est de 22°C.

L’énergie nécessaire au chauffage de l’air neuf est de (8°C = température moyenne extérieure diurne durant la saison de chauffe et 0,8 est le rendement de l’installation de chauffage) :

0,34 [Wh/m³.°C] x 10 000 [m³/h] x (22 [°C] – 8 [°C]) x
1 750 [h/an] / 0,8 / 1 000 = 104 125 [kWh/an].

Soit un récupérateur dont le rendement de récupération est de 50 % (batteries à eau glycolée).

Cela implique une énergie récupérée de 52 062 kWh/an ou 5 200 litres fuel ou 3 235,4 €/an (à 0,622 €/litre).

Augmentation de la consommation électrique

La puissance électrique des ventilateurs GP et GE de l’installation de base est de :

0,4 [W/(m³/h)], soit 4 [kW]

Le placement du récupérateur entraîne une augmentation des pertes de charge et donc une augmentation de la puissance des ventilateurs pour maintenir le même débit :

Puissance électrique des ventilateurs GP et GE avec récupérateur = 5,7 kW

Ainsi qu’une consommation électrique d’auxiliaire pour la circulation du fluide caloporteur :

Puissance de la pompe de circulation = 0,3 kW

Le supplément de consommation électrique sera donc de :

5,7 [kW] + 0,3 [kW] – 4 [kW] = 2 [kW] x 1 750 [h] = 3 500 [kWh/an]

soit à 0,16 [€/kWh] (consommation de jour) = 560 [€/an]

L’économie annuelle réelle est donc de 1950 [€/an] – 402,5 [€/an] = 2674,4 [€/an]

Investissement

Dans une installation existante, le placement d’un récupérateur implique le coût du récupérateur mais aussi son intégration dans les caissons de ventilation existants, la modification de la vitesse du ventilateur (changement de poulies et peut-être du moteur) de manière à maintenir le débit de ventilation nominal et le placement d’un filtre sur l’air extrait pour protéger la batterie si celui-ci est absent.

Si on ne tient compte que du récupérateur et de son placement, on peut estimer l’investissement à 6 250 €. Le temps de retour est donc de :

6 250 [€] / 2674,4 [€/an] = 2,34 [ans]

On observe donc que la rentabilité est très dépendante du prix de revient du kWh thermique.

Les situations les plus favorables

Tout d’abord, si on remplace l’entièreté du groupe de traitement d’air, n’importe quel type de récupérateur peut être installé (à plaques, par accumulation, caloduc ou à eau glycolée). Au niveau du choix, on se retrouve quasiment dans la situation d’un bâtiment neuf.

Concevoir

 Choix d’un récupérateur de chaleur dans le cas d’une installation neuve (pour les immeubles de bureaux).

Si on ne remplace pas le groupe de traitement d’air, seule la solution de l’échangeur à eau glycolée est réaliste avec un minimum d’intervention technique. Elle a aussi l’avantage de ne pas imposer la proximité entre les prises et les rejets d’air. Il faudra cependant parfois adapter la section des conduits au droit des batteries pour adapter éventuellement la vitesse de l’air (2,5 .. 3 m/s) (la batterie sur l’air neuf pourra être mise dans n’importe quelle position, la batterie sur l’air extrait devra être verticale pour permettre l’évacuation des condensats).

En outre, on obtiendra la meilleure rentabilité du récupérateur dans les cas suivants :

  • des débits élevés (+ de 10 000 m³/h),
  • un usage permanent de l’installation de ventilation (ex : hôpitaux),
  • des besoins thermiques élevés (ex : piscines),
  • une source de chaleur particulière et disponible (process industriel),
  • un ventilateur et son moteur surdimensionnés au départ, ce qui peut éviter de pourvoir au remplacement des poulies et du moteur pour maintenir les débits prescrits.

Exigences en milieu hospitalier

En milieu hospitalier il est impératif de limiter au maximum les risques de biocontamination. L’air est un vecteur important responsable des infections nosocomiales. Pour cette raison, la distribution d’air doit, au même titre que les démarches d’hygiène classique de chirurgie par exemple, suivre une marche en avant du plus « propre » vers le plus « sale » sans croisement possible de l’un vers l’autre.

En clair, un air extrait ne peut pas dans la majorité des cas se mélanger ou être contact avec l’air neuf.

Les échangeurs air/air, où l’air neuf et l’air vicié sont en contact physiquement (échangeur à accumulation par exemple) l’un et l’autre, doivent être évités là où il n’y a pas d’exigence de filtration absolue et où le réseau de distribution d’air alimente des zones à activités médicales multiples (contamination croisée).

Il est aussi difficile de modifier une installation existante sachant que souvent les groupes de pulsion et d’extraction sont assez éloignés les uns des autres. Que ce soit dans la conception « tour » ou « pavillonnaire », les groupes se trouvent aux extrémités opposées des plateaux des bâtiments.

On retiendra, qu’en milieu hospitalier, les récupérateurs les mieux appropriés sont des échangeurs :

  • à plaque pour autant que les groupes de pulsion et d’extraction soient proches les uns des autres,
  • à eau glycolée si les groupes sont éloignés.

Découvrez ce bon exemple de système de ventilation qui a été intégré au bâtiment de la société IVEG.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les amenées d’air naturelles

Types de systèmes possibles

Systèmes inadéquats : les fuites, les fentes, les fenêtres et les conduits ouverts

L’URE consiste à assurer le confort des occupants, tout en maîtrisant les consommations énergétiques. Il faut donc limiter les apports d’air extérieurs à la quantité nécessaire et suffisante (ni plus, ni moins !) pour maintenir la qualité de l’air intérieur.

Or, les débits d’air frais entrant dans le bâtiment via les infiltrations (fuites et fentes) sont tout à fait incontrôlables (en quantité, en température, en direction et en durée) et varient fortement avec les conditions atmosphériques

  • Les fuites et les fentes représentent des ouvertures accidentelles et involontaires n’offrant aucune garantie quant au débit de fuite atteint.
  • Les fuites et les fentes constituent des dispositifs d’amenée d’air tout à fait incontrôlable, car sans réglage possible. Par grand vent, les risques de courant d’air sont importants et les pertes d’énergie sont incontrôlables. À l’inverse, par temps calme, les débits d’air neuf peuvent être insuffisants.
  • La surface totale des fuites d’un bâtiment est souvent insuffisante pour atteindre les débits exigés par la norme.
  • Les inétanchéités du bâtiment sont souvent mal réparties, conduisant à des inégalités de ventilation entre les locaux.

La ventilation par les fenêtres peut quant à elle servir de ventilation intensive périodique qui permet une élimination rapide des polluants émis dans l’ambiance.

Elle est inadéquate pour assurer une ventilation de base continue car :

  • Elle est liée à la bonne volonté des occupants ;
  • Elle est intermittente, ce qui signifie qu’entre les périodes d’ouverture le taux de CO2 dans le local va fluctuer fortement entre les périodes d’ouverture et les périodes de fermeture et dépassera bien souvent la valeur couramment admise de 1 000 ppm ;
  • Elle est source d’inconfort pour les occupants étant donné les débits importants d’air neuf, souvent froid ;

Les conduits de ventilation ouverts (ouvertures non obturables dans les murs ou le sol) fournissent des débits souvent trop importants et non réglables. Ils ne peuvent servir qu’à la ventilation de locaux spéciaux comme les garages, les caves, les chaufferies, les greniers, …

Systèmes adéquats : les grilles de ventilation

La norme NBN D50-001 décrit les exigences relatives aux amenées d’air naturelles. Bien que son application ne soit obligatoire que pour les locaux d’hébergement, elle peut servir de base pour définir les caractéristiques minimums à respecter en la matière. La solution la plus élégante est la grille d’amenée d’air disposée en façade, soit dans les murs, soit dans les menuiseries.

Les critères de choix d’une grille d’amenée d’air naturelle sont

  • L’intégration dans la structure existante
  • Le débit d’air neuf
  • Les possibilités de réglage
  • L’étanchéité
  • L’isolation thermique
  • L’isolation acoustique
  • La facilité d’entretien et vieillissement
  • La sécurité anti-effraction
  • L’emplacement
  • L’agrément technique

L’intégration dans la structure existante

En fonction des situations, les grilles d’aération doivent avoir un profil s’intégrant dans les structures existantes, soit entre vitrage et châssis (plusieurs possibilités en fonction de l’épaisseur du vitrage), soit dans la menuiserie, soit dans la maçonnerie.

Quel que soit le mode de placement, il faut que les jonctions avec la grille soient étanches.

Lorsque les grilles sont placées dans des fenêtres, elles ne peuvent entraver l’ouverture de ces dernières

  • des grilles moins épaisses sont prévues pour châssis coulissants,
  • pour les fenêtres battantes, les grilles ne peuvent heurter le mur adjacent.

Grilles dans le châssis.

Souvent, les grilles d’amenée d’air naturelle perturbent l’esthétique des menuiseries extérieures. L’aspect visuel joue donc un rôle non négligeable dans le choix d’une grille. On peut exploiter la grille dans l’esthétique de la fenêtre ou essayer de la rendre la plus discrète possible. Il existe ainsi des grilles extrêmement discrètes. Par contre, plus le débit exigé par grille est important, plus celle-ci sera imposante. De même, les grilles isophoniques, par la présence de l’isolant acoustique, dépassent nettement du plan de la fenêtre.

Intégration entre le châssis et le vitrage.

Intégration dans la menuiserie.

Intégration au dessus du châssis, contre la battée.

Dans le cas de fenêtres cintrées, la grille devra bien souvent se placer en partie basse, avec les risques de courant d’air que cela peut provoquer si la grille ne se trouve pas au niveau des radiateurs.

Il n’existe pas de dimension standard pour les grilles. Leur hauteur varie en fonction du débit par mètre recherché. La longueur d’une grille est fonction des dimensions du châssis (elle est coupée sur mesure en usine). La longueur est cependant limitée par la rigidité des mécanismes de réglage intérieurs.

Le débit d’air neuf

Suivant les normes, la somme des débits nominaux des grilles d’un même local doit être au moins équivalente au débit requis par la réglementation wallonne. Inversement, avec les grilles en position complètement ouvertes, ces débits ne peuvent dépasser le double des débits réglementaires.

Comme le débit varie avec les conditions atmosphériques, avec l’étanchéité à l’air du bâtiment, … , le débit mentionné par les fabricants dans leur documentation doit avoir été mesuré conformément à l’Annexe C3 de la PEB, c’est-à-dire pour une différence de pression de part et d’autre de la grille de 2 Pa. Cette différence de pression correspond aux pressions moyennes de vent au droit des fuites et des dispositifs de ventilation dans des conditions climatiques normales.

Le respect des normes par les fabricants pour définir les débits est important pour comparer les différents produits.

Exemple.

aux Pays-Bas, le débit nominal des grilles est défini par la norme néerlandaise pour une différence de pression de 1 Pa. Une même grille a donc, en Belgique, un débit « catalogue » de 40 % supérieur au débit « catalogue » néerlandais (le débit varie comme la racine carrée de la pression : racine de 2 = 1,4).

Les possibilités de réglage

L’Annexe C3 de la PEB impose que l’ouverture de la grille doit pouvoir être réglée manuellement ou automatiquement soit en continu soit via au moins 3 positions entre la position ouverte et la position fermée. Étant donné que la plupart du temps, les grilles sont situées sur le haut des châssis, il est intéressant de disposer d’un système de cordelette, de tringle ou de glissière permettant un réglage facile et accessible. Il existe également des grilles motorisées pour les emplacements difficiles d’accès.

Grille motorisée avec commande par potentiomètre.

Grille à coulisse réglable.

Si un local comprend plusieurs grilles, le réglage peut se faire par ouverture/fermeture de certaines d’entre elles. Chaque grille prise individuellement ne doit pas posséder un réglage propre.

On sait que les débits de ventilation naturelle varient constamment en fonction des conditions atmosphériques (vent, température) et de l’utilisation du bâtiment (ouverture de fenêtres,…). Pour limiter ces influences sur le débit d’air neuf, il est pertinent de placer des grilles dites « autoréglables ». Ces dernières, équipées d’une membrane mobile, permettent d’obtenir un débit de passage relativement constant dans une plage de pression différentielle de 10 à 200 Pa. Non seulement elles assurent une alimentation en air plus ou moins constante, mais elles évitent également que les utilisateurs ne bouchent complètement les grilles pour éviter les courants d’air inévitables par vent fort.

Grille autoréglable.

L’étanchéité

À l’air

La norme NBN D50-001 fixe également le débit maximum de fuite en position fermée. Pratiquement, la section nette résiduelle d’une grille en position fermée ne peut dépasser 3 % de la section en position ouverte.

À l’eau

De plus, la grille doit être étanche à la pluie quelle que soit la direction et la force du vent (un vent violent équivaut à une différence de pression entre intérieur et extérieur d’environ 50 PA).

Ainsi, dans les endroits fortement exposés au vent et à la pluie, il est impératif de choisir une grille, dont la prise d’air extérieure est protégée par un capot.

À ce sujet, l’Annexe C3 de la PEB recommande pour empêcher dans la mesure du possible l’infiltration d’eau par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, de ne pas avoir de pénétration d’eau possible pour une différence de pression inférieure ou égale à 150 Pa en position « Fermée » et pour une différence de pression inférieure ou égale à 20 Pa en position « Complètement ouverte ».
Pour les fenêtres qui sont spécifiquement conçues comme bouche d’alimentation, la position « Complètement ouverte » doit être comprise comme la position d’ouverture maximale pour la ventilation (et non la position d’ouverture maximale de la fenêtre).
En l’absence de normes spécifiques, la détermination de l’étanchéité à l’eau des bouches d’alimentation s’effectue selon la norme NBN EN 13141-1. Les tests sont effectués selon la norme NBN EN 1027. La méthode d’essais retenue est la méthode 1A.
Pour les bouches d’alimentation qui ont des dimensions variables, les tests doivent être effectués sur un échantillon dont la mesure-jour de chaque dimension variable est de 1 m. Si la dimension maximale disponible est plus petite que 1 m, le test doit être effectuée sur un échantillon dont la dimension est maximale.

Aux animaux

En position ouverte, certaines grilles disposent d’un moustiquaire empêchant le passage des insectes.

Pour empêcher dans la mesure du possible la pénétration d’animaux indésirables par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation naturelle ou par une bouche d’alimentation d’un système de ventilation mécanique simple flux par extraction, l’Annexe C3 de la PEB recommande qu’il ne soit pas possible de faire passer les objets suivants à travers la bouche d’alimentation, soit depuis l’intérieur vers l’extérieur, soit dans l’autre sens :

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

Cette exigence est valable pour chaque position d’ouverture.

L’isolation thermique

En position fermée, la face intérieure de la grille ne peut constituer un point froid sur lequel des condensations peuvent apparaître. Il ne faut donc pas que la grille constitue un pont thermique par rapport aux matériaux qui l’entourent.

Pour cela, la grille doit comporter une coupure thermique (absence de contact ou matériau isolant) entre les matériaux en contact avec l’extérieur et les matériaux en contact avec l’intérieur. La qualité d’isolation de la grille se mesure par son coefficient de transmission thermique k. Par exemple, une grille placée dans un double vitrage doit avoir un coefficient U semblable à celui du châssis, c’est-à-dire au plus 3 W/m²K.

illustration de grille et coupure thermique.

Dans la pratique toutes les grilles prévues sur le marché pour être associées à un double vitrage comportent une coupure thermique. Il faut cependant être attentif à ne pas placer une grille prévue pour des usages spécifiques (simple vitrage) qui n’en posséderait pas.

L’isolation acoustique

Plus le milieu extérieur est bruyant, plus il est important de veiller à ce que la grille ne soit pas un pont acoustique trop important entre l’extérieur et l’intérieur. L’isolement acoustique des bouches doit être adapté à l’isolement acoustique global de la façade.
Des absorbeurs acoustiques peuvent être prévus dans la grille de ventilation.

Grilles isophoniques.

Mais il est généralement plus efficace d’insérer les prises d’air dans l’épaisseur de la maçonnerie, car l’espace disponible permet une atténuation acoustique plus importante.

Prises d’air à insérer dans la maçonnerie avec isolation phonique.

Si l’isolement souhaité est encore plus important, on sera contraint d’adopter un système de ventilation « double flux« .

Remarquons que le CSTC, dans sa NIT n°192 propose une méthode approximative pour le calcul de la diminution de l’isolation aux bruits aériens due à la mise en œuvre de grilles de ventilation.

En pratique, on peut estimer qu’une isolation acoustique de 30 .. 34 dB(A) est nécessaire en milieu urbain.

À titre de comparaison, pour les riverains de l’aéroport de Bierset, on recommande une isolation acoustique des grilles de ventilation, de 44 dB(A).

La facilité d’entretien et le vieillissement

L’aspect extérieur de la grille doit être garanti dans le temps.

L’idéal est de pouvoir entretenir la grille à partir de l’intérieur des locaux. Les pièces doivent donc être facilement démontables et également remplaçables en cas de détérioration, particulièrement pour le dispositif anti-insecte et les dispositifs d’atténuation acoustique que l’on ne peut nettoyer correctement.

Un mode d’emploi clair doit être joint au matériel.

La sécurité anti-effraction

La présence d’une grille de ventilation ne doit pas faciliter l’intrusion dans le bâtiment.

L’emplacement

Les ouvertures en façade ne doivent pas être source de courant d’air froid pour les occupants. Deux possibilités existent pour éviter cet inconvénient.

Les ouvertures peuvent être placées à plus de 1,80 m du sol. Dans ce premier cas, le risque de courant d’air est encore minimisé si l’ouverture se situe au-dessus d’un corps de chauffe, créant ainsi un mélange rapide entre l’air frais et l’air chaud.

En plus des courants d’air, la position basse de la grille a comme inconvénients de la soumettre au poids du vitrage et d’augmenter les risques d’infiltration d’eau ou de neige.

Illustration de grilles placées à plus de 1,80 m du sol.

On peut aussi placer les grilles à l’arrière des corps de chauffe. Dans ce cas l’air neuf est automatiquement préchauffé et entraîné par convection naturelle. Il y a cependant un risque de gel des corps de chauffe à eau, si ceux-ci sont à l’arrêt. Il existe également des convecteurs et climatiseurs possédant une prise d’air frais directement à l’extérieur.

Placement de la grille (et de la tige pour l’actionner), avant la pose du radiateur.

Détail grille.

Mise en œuvre

Voici quelques erreurs à ne pas commettre lors de la mise œuvre de grilles d’amenée d’air.

Positionnement inverse de la grille :
pénétration d’eau, courants d’air, difficulté de réglage.

Mauvais positionnement des joints en néoprène entre la grille et le vitrage :
inétanchéités.

Position basse de la grille :
résistance mécanique de la grille, déformation, courants d’air.

Mauvaise étanchéité entre la grille et la maçonnerie,
un joint souple (silicone) est souvent nécessaire.

Mauvais reserrage des baies :
entrée de poussières d’isolant, de maçonnerie.

Cas particulier de la ventilation intensive de nuit

On peut pratiquer une ventilation intensive de nuit de manière à décharger le bâtiment de la chaleur emmagasinée durant la journée et diminuer ainsi les surchauffes. On parle alors de free cooling.

Attention : les débits d’air de refroidissement nocturne doivent être beaucoup plus élevés que ceux nécessaires à l’apport d’air neuf hygiénique. En pratique, un taux de renouvellement d’air horaire de l’ordre de 4 … 6 doit être assuré pour obtenir l’effet refroidissant. Alors qu’un seul renouvellement d’air horaire est généralement suffisant pour l’apport d’air hygiénique.

Dans le cas d’une utilisation de la ventilation intensive pour pratiquer un refroidissement nocturne du bâtiment, il est recommandé de choisir des systèmes

  • empêchant l’intrusion d’insectes,
  • garantissant une protection contre les effractions,
  • limitant le risque de pénétration de pluie,
  • évitant la gêne acoustique de l’extérieur.

Les châssis tombants sont adéquats pour la ventilation de nuit. Ils sont étanches à la pluie et protègent assez bien le bâtiment de l’intrusion.

Grille de ventilation nocturne intensive.

Il existe également des systèmes de grilles fixes que l’on peut disposer par l’intérieur dans les châssis ouvrants, permettant ainsi une ventilation intensive par ouverture complète des fenêtres sans risque d’effraction et d’intrusion de pluie. Ces grilles peuvent être facilement placées en été et retirées en hiver, selon les besoins de refroidissement nocturne du bâtiment.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Préparateur d’eau chaude instantané

Préparateur d'eau chaude instantané

Technologie du préparateur électrique

En pratique, l’échangeur instantané électrique ne se rencontre pas (ou rarement) dans le secteur tertiaire. La puissance qu’il requiert est en effet trop importante.

Exemple.

Imaginons un préparateur instantané électrique alimentant 3 douches. Il se peut que les 3 douches fonctionnent simultanément. Le préparateur devra dès lors fournir 3 x 10 litres/min à 45°. Ces 30 litres/min correspondent à un débit de 1 800 litres/heure.

La puissance qui en résulte est de :

1 800 litres/h x 1,163 kWh/litre.K x (45 – 10) K = 73,3 kW

Sur base d’une alimentation 230 Volts, l’ampérage nécessaire serait de :

Courant = Puissance / Tension = 73 300 W / 230 V = 319 Ampères !!!

On n’ose imaginer le câble et le disjoncteur de protection !

Seul le petit débit d’un percolateur est admissible en électrique instantané. Il correspond également à la douceur avec lequel le grain de café finement moulu doit être arrosé … afin d’en capter tout l’arôme !

Aucune comparaison avec les besoins d’eau chaude d’un bâtiment tertiaire !

A la limite, on pourrait imaginer un préparateur instantané près d’un point de puisage (lavabo), mais on installe plus classiquement un ballon accumulateur « rapide » de 5 à 30 litres max, doté d’une puissance de 120 à 200 Watts/litre et dont le temps de chauffe n’excède pas 45 minutes. Ils permettent de ne pas devoir tirer un câble spécifique de raccordement depuis le coffret de distribution électrique.

Photo préparateur électrique.   Photo préparateur électrique.

Lors du chauffage de l’eau, son volume se dilate de 4 % environ. Il existe des appareils pour circuit ouvert ou fermé. Pour l’appareil à écoulement libre, on utilisera une robinetterie appropriée. L’appareil à circuit fermé sera lui résistant à la montée en pression.

Technologie du préparateur gaz

Comme tout préparateur instantané, il chauffe l’eau au fur et à mesure du soutirage, c’est à dire en continu lors de son passage dans l’appareil. Cette technique nécessite une puissance de production importante… qui n’est parfois utilisée que sur de très courtes périodes.

Photo préparateur gaz.

On distingue 3 classes d’appareils de ce type :

  • les appareils non raccordés à un conduit ou à un dispositif d’évacuation de fumées,
  • les appareils conçus pour être raccordés à un conduit d’évacuation des produits de combustion,
  • les appareils à circuit de combustion étanche à ventouse.

Accumulateur gaz à ventouse.
  1. Sortie ventouse en façade.
  2. Conduit de fumées.
  3. Coupe-tirage.
  4. Arrivée d’eau froide (tube plongeur).
  5. Départ d’eau chaude.
  6. Habillage à haute isolation.
  7. Anode magnésium (protection corrosion).
  8. Réservoir.
  9. Corps de chauffe.
  10. Mystère…
  11. Foyer.
  12. Socle thermo-isolant.
  13. Brûleur atmosphérique à rampes inox et régulation pneumatique avec thermostat incorporé.

Le préparateur instantané gaz est réservé à la desserte d’un petit nombre de points de puisage.

Fonctionnement d’un appareil mixte

Voici son fonctionnement en mode chauffage du circuit de radiateurs :

Mode de fonctionnement chauffage.
  1. Corps de chauffe.
  2. Thermocouple.
  3. Bouton de l’aquastat.
  4. Bouton-poussoir gaz.
  5. Pompe.
  6. Réglage puissance chauffage.
  7. Echangeur sanitaire.
  8. Robinet de gaz.
  9. Régulation sanitaire.
  10. Circuit de chauffage.
  11. Sélecteur.
  12. Robinet de remplissage du circuit de chauffage.
  13. Régulateur d’eau.
  14. Elément thermostatique.
  15. Membrane.
  16. Clapet d’admission gaz.
  17. Brûleur.
  18. Sécurité surchauffe.
  19. Arrivée eau chaude sanitaire.
  20. Point de puisage sanitaire.

Et le même appareil en fonctionnement production d’eau chaude sanitaire :

Mode de fonctionnement eau chaude sanitaire.
  1. Corps de chauffe.
  2. Thermocouple.
  3. Bouton de l’aquastat.
  4. Bouton-poussoir gaz.
  5. Pompe.
  6. Réglage puissance chauffage.
  7. Echangeur sanitaire.
  8. Robinet de gaz.
  9. Régulation sanitaire.
  10. Circuit de chauffage.
  11. Sélecteur.
  12. Robinet de remplissage du circuit de chauffage.
  13. Régulateur d’eau.
  14. Elément thermostatique.
  15. Membrane.
  16. Clapet d’admission gaz.
  17. Brûleur.
  18. Sécurité surchauffe.
  19. Arrivée eau chaude sanitaire.
  20. Point de puisage sanitaire.

Fonctionnement d’un appareil à condensation

Si la condensation de la vapeur d’eau des fumées est recherchée, un échangeur complémentaire alimenté en eau froide sera placé avant la sortie des fumées dans la cheminée.

Voici son fonctionnement en mode chauffage du circuit de radiateurs & ECS.

Mode de fonctionnement chauffage.
  1. Corps de chauffe.
  2. Thermocouple.
  3. Bouton de l’aquastat.
  4. Bouton-poussoir gaz.
  5. Pompe.
  6. Réglage puissance chauffage.
  7. Echangeur sanitaire.
  8. Robinet de gaz.
  9. Régulation sanitaire.
  10. Circuit de chauffage.
  11. Sélecteur.
  12. Robinet de remplissage du circuit de chauffage.
  13. Régulateur d’eau.
  14. Elément thermostatique.
  15. Membrane.
  16. Clapet d’admission gaz.
  17. Brûleur.
  18. Sécurité surchauffe.
  19. Arrivée eau chaude sanitaire.
  20. Point de puisage sanitaire.
  21. Condenseur.
  22. Extracteur des produits de combustion.
  23. Coupe tirage.
  24. Régulateur.
  25. Evacuation des condensats.

et le même appareil en fonctionnement production d’eau chaude sanitaire :

Mode de fonctionnement eau chaude sanitaire.
  1. Corps de chauffe.
  2. Thermocouple.
  3. Bouton de l’aquastat.
  4. Bouton-poussoir gaz.
  5. Pompe.
  6. Réglage puissance chauffage.
  7. Echangeur sanitaire.
  8. Robinet de gaz.
  9. Régulation sanitaire.
  10. Circuit de chauffage.
  11. Sélecteur.
  12. Robinet de remplissage du circuit de chauffage.
  13. Régulateur d’eau.
  14. Elément thermostatique.
  15. Membrane.
  16. Clapet d’admission gaz.
  17. Brûleur.
  18. Sécurité surchauffe.
  19. Arrivée eau chaude sanitaire.
  20. Point de puisage sanitaire.
  21. Condenseur.
  22. Extracteur des produits de combustion.
  23. Coupe tirage.
  24. Régulateur.
  25. Evacuation des condensats.

Les schémas ci-dessus sont plutôt des schémas de principe puisque, en tombant, les gouttes d’eau condensées risquent d’éteindre la flamme !

Dans la pratique, l’évacuation des condensats se fera mieux si l’échangeur de condensation est situé en dessous de l’échangeur principal. C’est ce que montre le schéma ci-dessous d’une chaudière à condensation traditionnelle, avec un conduit de fumées raccordé en partie inférieure :

Schéma chaudière à condensation traditionnelle.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer la consommation des imprimantes

Évaluer la consommation des imprimantes

Puissance en fonction du mode

Pour différents types d’imprimante, le tableau ci-dessous montre les puissances dissipées en mode « impression » et en mode « veille/attente » :

Type d’imprimante Puissance moyenne [W]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Mode « veille/attente » Mode « impression »
Jet d’encre économique 10/6 ppm*
5
 22
**Duplex jet d’encre économique, 10/6 ppm
5
 25
Laser économique, 20 ppm N/B***
6
 300
Laser, 22 ppm N/B
6
 500
Duplex Laser, 22 ppm N/B
6
 500
Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
145
 655
Duplex Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
145
 655
Laser couleur économique, 16/4 ppm, 600 dpi
18
 300
Duplex Laser couleur commun, 22/22 ppm, A3
50
 560
MFD économique 10/6 ppm
5
 25
MFD + fax, 12/6 ppm
10
 30
Duplex multifonction, 12/6 ppm
5
 35
Laser multifonction N/B 15 ppm
15
 300
Duplex Laser multifonction 25 ppm/70 scan ppm
0,5
 25
*ppm : vitesse en pages par minute.
**Duplex : impression recto-verso.
***N/B : noir et blanc.

Ou encore sous forme graphique.

On constate que :

  • Le gros consommateur d’énergie est l’imprimante laser. Sa consommation d’énergie dépend de deux paramètres :
    • la présence d’un four pour permettre l’impression du toner,
    • la vitesse d’impression.
  • Plus la vitesse est importante, plus la température sera élevée et donc la puissance sera importante.

Consommation énergétique annuelle

Des campagnes de mesure (sur environ 150 appareils par type d’imprimante) ont indiqué, qu’en fonctionnement, une imprimante laser (type A4) absorbe, en moyenne, une puissance de 278 W; une imprimante à jet d’encre (type A4), une puissance de 53 W.
Cette même campagne a indiqué une consommation annuelle moyenne de 159 kWh pour une imprimante laser et de 60 kWh, pour une imprimante à jet d’encre.

Sur base des données fournies par ouverture d'une nouvelle fenêtre ! Energy Star, pour les types d’imprimantes repris ci-dessous, on calcule les consommations électriques moyennes annuelles spécifiques par 10 000 copies, en fonction :

  • Des puissances dissipées en mode « impression » en tenant compte de la cadence d’impression (ppm : nombre de pages par minute),
  • des puissances dissipées en mode « veille/attente » pendant le reste de l’année (8 760 heures – heures d’impression).

Soit les résultats suivants :

Type d’imprimante Consommation moyenne annuelle [kWh/an.10 000 pages]
(ouverture d'une nouvelle fenêtre ! source Energy Star)
Jet d’encre économique 10/6 ppm*
44,15
**Duplex jet d’encre économique, 10/6 ppm
44,22
Laser économique, 20 ppm N/B***
55,01
Laser, 22 ppm N/B
56,30
Duplex Laser, 22 ppm N/B
56,30
Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
1272,86
Duplex Laser partagé 32 ppm, A3, N/B
1272,86
Laser couleur économique, 16/4 ppm, 600 dpi
162,38
Duplex Laser couleur commun, 22/22 ppm, A3
441,86
MFD économique 10/6 ppm
44,22
MFD + télécopieur, 12/6 ppm
87,97
Duplex multifonction, 12/6 ppm
44,36
Laser multifonction N/B 15 ppm
134,57
Duplex Laser multifonction 25 ppm/70 scan ppm
4,54
*ppm : vitesse en pages par minute.
**Duplex : impression recto-verso.
***N/B : noir et blanc.

Sous forme graphique.

Les conclusions qui sautent aux yeux sont :

  • Sur une année, les consommations dues à l’impression sont très faibles par rapport à celles dues au mode « veille ».
  • Les consommations des imprimantes laser sont nécessairement plus importantes.
  • Les imprimantes partagées en réseau sont très gourmandes énergétiquement. Il est vraiment nécessaire de maîtriser les consommations de nuit et de WE (par des horloges par exemple).
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Choisir les imprimantes

Choisir les imprimantes

Fonction unique ou multifonction ?

Fonction unique

Photo imprimante.

Il est clair qu’une imprimante, un scanner ou un télécopieur seuls consommeront normalement moins d’énergie qu’un dispositif multifonction offrant des performances similaires. Pour autant qu’une seule des fonctions soit nécessaire par les utilisateurs, il vaut mieux choisir l’appareil à fonction unique.

Multifonction

Photo imprimante multifonctions.

Dans le cas contraire, il faut savoir qu’un dispositif multifonction consomme moins de 50 % de l’énergie utilisée par une imprimante, un scanner, un télécopieur et une photocopieuse séparés. Cette règle générale ne s’applique pas seulement aux petits appareils « tout en un » destinés aux bureaux de taille réduite, mais aussi aux bureaux plus grands. En effet, préférer l’utilisation d’un dispositif multifonction vous permettra d’économiser 50 %.

De même, pour un usage limité de ce type d’équipement, la consommation du mode « attente » (qui représente le principal problème pour les équipements d’impression et d’acquisition d’images peu utilisés) des dispositifs multifonctions sera inférieure à la somme de la consommation en mode « attente » des 4 quatre appareils périphériques réunis. Par conséquent, si les caractéristiques de performance (vitesse, délais de réactivation, etc.) conviennent, le dispositif multifonction est probablement le meilleur choix.

Il faut également favoriser l’impression recto-verso, on utilise alors moins de papier, et cela est important quand on sait que nettement plus d’énergie est utilisée pour la fabrication du papier que pour l’impression. De plus, on « use » pas l’imprimante plus vite, elle a été fabriquée pour ça ! Quand à l’idée de croire que l’imprimante consomme plus d’énergie lorsqu’elle imprime en couleur, elle est fausse. L’utilisation de tailles de police raisonnables ainsi que de marges plus étroites sur les feuilles peut également permettre d’économiser l’encre et le papier.

Utiliser du papier recyclé est également très important et est parfaitement toléré par la plupart des imprimantes modernes. Cela est principalement dû à l’amélioration de la qualité de ce type de papier (moins « pelucheux » dorénavant). Ce n’est donc plus vrai de croire que le papier recyclé entraîne « bourrages », déchirements et autres inconvénients avec les imprimantes. De plus, ce papier est aujourd’hui au même prix que le papier traditionnel, et son aspect peut être pratiquement identique.

Pour plus de renseignements voir le site : ouverture d'une nouvelle fenêtre ! http://www.ecoconso.be

Les imprimantes laser sont les plus gourmandes en énergie bien que certains modèles d’imprimantes laser, à l’heure actuelle, égalent les imprimantes à jet d’encre. On analysera donc correctement ses besoins pour voir si une imprimante à jet d’encre, consommant beaucoup moins, ne pourrait pas convenir :

  • Une excellente qualité d’impression est rarement nécessaire.
  • On peut souvent se contenter d’une vitesse d’impression moindre.

Remarque : lorsque l’on imprime une page en plusieurs exemplaires, l’imprimante à jet d’encre sera nettement moins rapide que l’imprimante laser. La première doit en effet enregistrer chaque exemplaire dans sa mémoire, tandis que la seconde ne l’enregistre qu’une seule fois.

Imprimante à jet d’encre ou laser ?

Jet d’encre

Photo capsule jet d'encre.

Les imprimantes à jet d’encre sont généralement meilleures pour l’environnement que les imprimantes laser (bien que certaines imprimantes laser égalent les performances énergétiques des jets d’encre). Pourquoi ? Tout simplement parce qu’elles consomment généralement moins. Elles sont cependant moins conformes à une utilisation en réseau où on préférera une imprimante laser pouvant bien sûr entrer en mode veille.

Évaluer

 Pour plus de détail sur les puissances mises en jeu au niveau des imprimantes à jet d’encre, cliquez ici !

Laser

Une imprimante n’est généralement utilisée que très brièvement. Durant les périodes d’inactivité, la consommation d’énergie peut considérablement diminuer si on laisse refroidir le tambour de chauffe.

Photo laser.

Évidemment, plus le tambour se refroidit, plus le temps de remontée en température jusqu’au niveau opérationnel est prolongé (de l’ordre de 30 à 45 secondes). Il faut donc trouver un bon compromis entre les exigences contradictoires d’une faible consommation d’énergie en stand-by et un bref temps de remise en régime.

Il existe maintenant sur le marché des appareils qui déclenchent le tambour de fusion après quelques minutes d’inutilisation. Les nouvelles technologies (tambour à très faible inertie thermique) permettent alors de le réchauffer presque instantanément dès la réception d’une commande d’impression. Ces technologies s’appliquent évidemment aussi aux fax laser et aux photocopieurs.

Exemple : il existe une imprimante de bureau qui déclenche son mode veille et imprime une page en 18 secondes. En mode veille, cette imprimante absorbe une puissance de 5 W.

A terme, ce type d’imprimante ne possédera plus de bouton ON/OFF. Elle ne s’allumera qu’au moment de la commande d’impression et s’éteindra automatiquement après.

Si une imprimante ne dispose pas de mode veille, c’est qu’elle ne possède pas les éléments électroniques lui permettant un réveil lors de la réception d’une commande et une impression sans perte d’information.

Dans ce cas, cela vaut-il la peine de l’allumer pour l’impression et de l’éteindre entre temps ?

Oui, si on considère que l’imprimante n’est généralement utilisée que très brièvement, d’autant plus si elle est dédiée à un seul ordinateur et que les imprimantes à laser modernes ne nécessitent que 30 secondes environ et 3 Wh d’énergie pour passer de l’état froid à l’état opérationnel.

Exemple : Une imprimante laser réalise 50 copies par jour. Pour cela elle a besoin de 17 minutes.

Si l’appareil est déclenché après chaque copie, il consomme 220 Wh (mesure effectuée sur un appareil typique). Par contre, s’il reste enclenché toute la journée (9h), il consomme 690 Wh. L’économie réalisable est donc de 68 %.

Utiliser une imprimante pour plusieurs utilisateurs

La possibilité d’utiliser une seule imprimante pour plusieurs utilisateurs doit être examinée. Il existe sur le marché des appareils qui permettent ce raccordement (si l’ensemble ne se trouve pas raccordé en réseau) avec une commutation soit manuelle, soit automatique, en fonction des besoins de chacun.

Photo imprimante.

Dans ce cas, le temps d’utilisation de l’imprimante s’allonge. À partir d’un certain nombre d’utilisateurs (grosses imprimantes « réseau ») un mode veille devient inutile car l’imprimante fonctionne quasiment en continu. Il ne faut cependant pas perdre de vue que plus le nombre d’utilisateurs est important, moins ceux-ci se sentiront concernés par l’extinction de l’imprimante, en fin de journée et de semaine. Dans ce cas la présence d’un mode veille se justifie amplement. Au pire, les heures d’enclenchement d’une imprimante collective doivent être adaptées automatiquement aux heures de travail à l’aide d’une horloge programmable. Celle-ci peut commander, soit l’extinction et l’allumage, soit uniquement l’extinction. Ce dernier cas demande évidemment une sensibilisation des occupants, car quelqu’un devra prendre en charge l’allumage matinal. L’utilisation en dehors des heures de travail demandera aussi une gestion manuelle (allumage et surtout extinction).

Évaluer

 Pour plus de détail sur les puissances mises en jeu au niveau des imprimantes partagées, cliquez ici !

Économiser la matière première

La fabrication du papier consomme également de l’énergie (10 fois plus que son impression !).

Le papier recyclé demande lui aussi beaucoup d’énergie pour sa transformation et le gain énergétique par rapport à la production classique est très faible. Néanmoins, il faut prendre en compte, qu’indépendamment du volet énergétique, l’industrie du papier consomme beaucoup de … forets impliquées dans le cycle d’absorption des gaz à effet de serre (CO2).
En outre, des études anglaises ont estimé que la consommation d’énergie pour la production du papier consommé aux Royaumes-Unis risquait de doubler de 1998 à 2010 si aucune mesure n’était prise.

Bref, il est donc important d’en faire un usage parcimonieux :

  • En choisissant des imprimantes capables d’imprimer en recto-verso.
    Actuellement on peut trouver des imprimantes à jet d’encre qui permettent d’imprimer en recto-verso automatiquement (sans devoir retourner manuellement le papier).
    Certaines imprimantes laser le font aussi automatiquement. Il est déconseillé de le faire manuellement pour les autres car le réchauffage du toner déjà appliqué sur une face encrasse très rapidement la machine.
  • En utilisant le papier déjà imprimé sur une face pour usage personnel.

Le toner des imprimantes laser peut également être économisé :

  • Lorsque le signal « manque de toner » s’affiche, on peut prolonger un certain temps la vie de la cartouche en la secouant pour mieux répartir le toner.
  • Par essais successifs, on peut réduire le contraste d’impression pour obtenir la qualité d’impression juste nécessaire aux besoins. Il existe également des imprimantes présentant un mode d’impression permettant d’économiser 50 % du toner par page. La qualité d’impression s’en ressent évidemment (caractères plus pâles) mais reste tout à fait satisfaisante pour l’impression de documents de travail.
  • Pour une même qualité d’impression, certaines imprimantes consomment nettement moins de toner ou d’encre que d’autres.

On peut limiter le remplacement des cartouches des imprimantes à jet d’encre :

  • Pour les imprimantes couleurs, il est préférable de choisir une imprimante pour laquelle les trois couleurs fondamentales et le noir possèdent une cartouche séparée, ce qui est toujours le cas pour les nouvelles imprimantes. Dans ce cas, l’épuisement d’une couleur n’entraînera pas automatiquement le remplacement de la cartouche complète.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Consommation d’électricité et de combustible dans l’enseignement

Consommation d'électricité et de combustible dans l'enseignement

Communautés

Consommations spécifiques par élève

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement des Communautés en 2012.

Caractéristiques de l’échantillon

65 établissements de 12 à 2 100 élèves (total de 30 298 élèves)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 434 2 884
Consommation spécifique moyenne 379 kWh/élève 1 830 kWh/élève

Évolution de l’échantillon

Année Consommation spécifique électrique Consommation spécifique combustible Nombre Nombre d’élèves Degrés-jours 15/15
[kWh/élève] [kWh/élève]
2000 487 2 804 24 16 368 1 719
2001 400 2 519 56 28 531 1 934
2002 364 2 075 47 23 936 1 688
2003 306 2 146 55 21 168 1 921
2004 393 2 566 80 30 991 1 894
2005 381 2 394 55 19 057 1 829
2006 329 2 035 73 22 388 1 795
2007 400 2 069 82 32 241 1 578
2008 413 2 421 71 28 138 1 829
2009 430 2 160 66 25 518 1 818
2010 413 2 281 67 29 910 2 309
2011 360 1 827 70 29 689 1 515
2012 379 1 830 65 30 298 1 915
2013 Non disponible Non disponible Non disponible Non disponible 2137
2014 362 1 813 61 25498 1424
2015 402 1 737 53 22313 1688
2016 495 2010 Non disponible Non disponible 1948
2017 361 2075 63 25137 1775
2018 552 1996 31 11191 1737
2019 Non disponible Non disponible Non disponible Non disponible 1676
2020 307 1111 40 25720 1517

Consommations spécifiques par mère carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement des Communautés en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

65 établissements de 265 à 27 020 m² (surface totale de 397 399 m²)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 16 92
Consommation spécifique moyenne 27 kWh/m² 127 kWh/m²

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.

Provincial et communal

Consommations spécifiques par élève

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement provincial et communal en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

72 établissements de 57 à 996 élèves (total de 20 203 élèves)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 377 1 503
Consommation spécifique moyenne 323 kWh/élève 2 181 kWh/élève

Évolution de l’échantillon

Année Consommation spécifique électrique Consommation spécifique combustible Nombre Nombre d’élèves Degrés-jours 15/15
[kWh/élève] [kWh/élève]
2000 374 2 244 34 15 671 1 719
2001 346 2 213 37 13 439 1 934
2002 389 2 504 35 13 192 1 688
2003 378 2 435 37 10 915 1 921
2004 359 2 596 23 16 305 1 894
2005 294 1 892 55 19 100 1 829
2006 288 1 944 63 24 526 1 795
2007 328 1 891 58 17 763 1 578
2008 328 2 288 59 15 679 1 829
2009 342 2 334 72 20 352 1 818
2010 334 2 193 52 12 638 2 309
2011 329 1 571 61 13 621 1 515
2012 323 2 181 72 20 203 1 915
2013 Non disponible Non disponible Non disponible Non disponible 2137
2014 429 1 880 62 22382 1424
2015 405 2 094 61 23302 1688
2016 331 1614 Non disponible Non disponible 1948
2017 327 1842 44 15664 1775
2018 343 1555 19 5168 1737
2019 234 1033 4 1436 1676
2020 282 1193 20 11340 1517

Consommations spécifiques par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement provincial et communal en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

90 établissements de 270 à 19 806 m² (surface totale de 290 815 m²)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 24 128
Consommation spécifique moyenne 26 kWh/m² 178 kWh/m²

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.

Libre et privé

Consommations spécifiques par élève

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement libre et privé en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

76 établissements de 99 à 2 845 élèves (total de 72 451 élèves)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 113 612
Consommation spécifique moyenne 217 kWh/élève 1055 kWh/élève

Évolution de l’échantillon

Année Consommation spécifique électrique Consommation spécifique combustible Nombre Nombre d’élèves Degrés-jours 15/15
[kWh/élève] [kWh/élève]
2000 265 1 310 32 35 978 1 719
2001 214 1 248 59 51 523 1 934
2002 212 1 287 55 47 819 1 688
2003 225 1 258 51 40 896 1 921
2004 226 1 199 52 46 457 1 894
2005 215 1 077 56 53 196 1 829
2006 212 1 056 67 59 384 1 795
2007 229 1 021 77 73 709 1 578
2008 218 1 085 68 69 368 1 829
2009 218 1 013 79 75 694 1 818
2010 216 1 101 71 68 448 2 309
2011 213 898 70 66 641 1 515
2012 217 1 055 76 72 451 1 915
2013 Non disponible Non disponible Non disponible Non disponible 2137
2014 210 789 66 65670 1424
2015 193 849 54 53892 1688
2016 230 923 Non disponible Non disponible 1948
2017 206 941 60 1007 1775
2018 206 1036 39 40014 1737
2019 Non disponible Non disponible Non disponible Non disponible 1676
2020 164 481 37 45658 1517

Consommations spécifiques par mètre carré

Consommations d’électricité HT et de combustibles de l’enseignement libre et privé en 2012

Caractéristiques de l’échantillon

69 établissements de 800 à 23 000 m² (surface totale de 587 879 m²)
Vecteur énergétique Électricité Combustibles
Écart-type
 12 70
Consommation spécifique moyenne 24 kWh/m² 114 kWh/m²

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.

Comparaison

Consommations spécifiques moyennes dans les différents réseaux d’enseignement  (en kWh/élève)

Consommations spécifiques moyennes dans les différents réseaux d’enseignement  (en kWh/m²)

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Évaluer l’état de l’isolant thermique

Évaluer l'état de l'isolant thermique

Humidité excessive, inondation

Une forte teneur en humidité de l’isolant dégrade de manière importante son coefficient de conductivité thermique  λ.

Évolution de la conductivité thermique λ en fonction de l’humidification en volume de l’isolant

 sec 10 % 20 % 50 %
W/mK W/mK W/mK W/mK
MW Laine minérale 0.044 0.123 0.161 0.315
CG Verre cellulaire 0.050 impossible impossible impossible
EPB Perlite expansée panneaux 0.055 0.091
PUR Polyuréthanne 0.029 0.049 0.16
EPS  

Polystyrène expansé

 0.045 0.06 0.14
XPS  

Polystyrène extrudé

 0.038 0.052
ICB  

Liège

 0.050 0.063 0.087 0.12

NB : Les valeurs de λ sec sont celles des matériaux isolants certifiés connus d’après leur nature, reprises au tableau 89 de l’Annexe D de l’AGW du 15 mai 2014.

Certains isolant sont étanches à l’eau de par leur nature (exemple XPS).

Ils peuvent cependant s’humidifier par condensation interne. Dans le cas d’une toiture plate inversée, l’isolant est cependant accessible et peut être vérifié sans démonter l’étanchéité.

Le verre cellulaire (CG) ne peut se gorger d’eau. En cas de défaillance de l’étanchéité, la zone mouillée est très limitée. Il faut cependant vérifier si dans cette zone l’isolant n’a pas été altéré par le gel.

L’humidité (qui peut provenir soit d’une défaillance de l’étanchéité, soit d’une défaillance du pare-vapeur) peut aller jusqu’à l’engorgement complet de l’isolant.

Lorsque l’isolant d’une toiture chaude a été compartimenté, une inondation due à une défectuosité locale de l’étanchéité se limitera au compartiment atteint.

Concevoir

 Pour savoir comment compartimenter l’isolant.

Dès que l’isolant est mouillé, il est très difficile, voire impossible, de l’assécher surtout lorsqu’il est enfermé dans des couches étanches (exemple toiture chaude).

L’humidité de l’isolant peut se repérer à travers la une membrane d’étanchéité ou un cimentage à l’aide d’un scanner, d’une thermographie infrarouge ou hygromètre électronique.

 

Scanners TRAMEX servant à détecter  l’eau sous l’étanchéité.

Dans la plupart des cas, seul un sondage destructif (et réparable) jusque dans la couche isolante, permet de déterminer exactement l’ampleur du désordre.

Isolant détrempé.

Un isolant noyé doit être remplacé !

Déformations

Cas des toitures plates

Une observation de la surface de la toiture chaude permet de détecter une déformation de l’isolant.

Les déformations peuvent être dues au vieillissement de l’isolant, aux différences de température, à l’humidité.

Les panneaux se contractent, se dilatent ou se galbent.

Dilatation de la face supérieure de l’isolant par la chaleur.

Contraction de la face supérieure de l’isolant par le froid.

Ces déformations peuvent amener des tensions dans la membrane d’étanchéité, créer des vides sous l’isolant, provoquer des zones de stagnation de l’eau de pluie, provoquer des ponts thermiques (***lien à rediriger).

L’isolant est déformé sous la membrane d’étanchéité, provoquant ainsi des vides entre l’isolant et le support, des zones de stagnation au-dessus de l’étanchéité des contraintes mécaniques dans l’étanchéité et probablement un affaiblissement important de l’accrochage.

L’isolant s’est déplacé sous l’effet de dilatation et contractions thermiques consécutives.

Tassements

Cas des façades

Dans les premiers murs creux réalisés, les isolants placés n’étaient parfois pas adaptés à l’usage qui en était fait (isolant en rouleau pour toiture inclinée beaucoup trop souple) ou étaient insuffisamment ou mal fixés. Avec le temps l’isolant se tassait dans le bas du creux en laissant un vide dans le haut de celui-ci. L’humidité accidentelle de l’isolant pouvait aussi aggraver le phénomène. L’interruption de l’isolant ainsi provoquée crée l’apparition de ponts thermiques parfois très graves.

Une thermographie IR du mur en hiver permet de diagnostiquer le phénomène. Un sondage destructif permet l’accès à l’isolant et la détermination des causes exactes.

Ponts thermiques

Certains ouvrages de raccord ou de rives peuvent avoir été mal réalisés sans respect du principe de continuité de la couche isolante.

Les ponts thermiques (*** lien  à éditer !) dans les toitures plates proviennent d’une interruption de l’isolant, d’une dégradation locale de celui-ci, ou de joints vides entre panneaux isolants qui se sont rétractés.

La neige sur la membrane d’étanchéité a fondu aux endroits où ,sous l’effet du retrait, les panneaux isolants se sont écartés les uns des autres, provoquant ainsi des ponts thermiques.

Évaluer

 Pour savoir comment repérer les ponts thermiques.

Améliorer

 Pour savoir comment corriger les ponts thermiques.

Lorsque les défauts sont généralisés, il faut envisager le remplacement complet de l’isolant.

Écrasement

La résistance à l’écrasement varie d’un isolant à l’autre.

Lorsque la toiture ou un plancher isolé par le haut a été soumis à des charges ponctuelles importantes, à ces endroits, l’épaisseur d’un isolant souple peut avoir été réduite. Lorsque l’isolant est dur, il peut s’être rompu.

Ces désordres localisés doivent être réparés et leurs causes supprimées.

La membrane s’est déchirée suite à l’écrasement local de l’isolant.

Fragilisation par rapport à la délamination et au pelage

Tous les matériaux isolants utilisés en toiture plate résistent suffisamment à la délamination.

En vieillissant, certains d’entre eux se fragilisent (splitting) et l’accrochage de la membrane d’étanchéité n’est plus assurée.

Des tests d’arrachement permettent de déterminer si la résistance au vent est encore suffisante.
Si ce n’est pas le cas l’isolant doit être refixé mécaniquement, ou remplacé si ce mode de fixation n’est pas possible en raison de la nature de l’isolant ou du support.

Les effets du vent sur un complexe « isolant-étanchéité » fragilisé ou mal fixé peuvent être spectaculaires.

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Débits d’air neuf recommandés

Débits d'air neuf recommandés

Résidentiel

Dans le résidentiel, les débits à satisfaire sont précisés dans l’annexe C2 de l’AGW du 15 mai 2015 (qui se réfère à la norme NBN D50-001) :

Type de local Surface plancher du local Alimentation
en air		 Transfert d’air :
capacité
(ou section libre)		 Évacuation d’air
Chambres, bureaux, salle de jeux ou de hobby (ou équivalent) Moins de 7 m² 25 m³/h 25 m³/h
(ou 70 cm²)		 –
Entre 7 et 20 m² 3,6 m³/h.m² –
Plus de 20 m² 72 m³/h –
Séjour, salon, salle à manger (ou équivalent) Moins de 21 m² 75 m³/h 25 m³/h
(ou 70 cm²)		 –
Entre 21 et 42 m² 3,6 m³/h.m² –
Plus de 42 m² 150 m³/h –
Toilette – – 25 m³/h
(ou 70 cm²)		 25 m³/h
Cuisine (fermée), salle de bain, buanderie (ou équivalent) Moins de 14 m² – Cuisine : 50 m³/h
(ou 140 cm²)Autres : 25 m³/h (ou 70 cm²)		 50 m³/h
Entre 14 et 21 m² – 3,6 m³/h.m²
Plus de 21 m² – 75 m³/h
Cuisine ouverte – – – 75 m³/h

Source : Centre Scientifique et Technique de la Construction.

Non-résidentiel

Les bâtiments non résidentiels (hors habitation et appartement) doivent respecter l’Annexe C3 de la PEB (elle-même basée sur la norme européenne ISO  (Ventilation dans les bâtiments non résidentiels – Exigences de performances pour les systèmes de ventilation et de climatisation). Celle-ci impose une qualité d’air au moins égale à la catégorie INT 3 (débit minimum de 22 m³ par heure et par personne).

Norme européenne EN 13779 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 600-1000 ppm au dessus du niveau extérieur)		 de 22 à 36 [m³/h.pers]
Faible qualité
(niveau ambiant de CO2 > 1000 ppm au dessus du niveau extérieur)
< 22 [m³/h.pers]

De plus, elle impose un taux d’occupation minimum (m² par personne) à prendre en compte pour le dimensionnement en fonction de l’usage de la pièce.

Pour déterminer le débit d’air neuf minimal à assurer dans chaque local, il faut donc multiplier le taux d’occupation (de conception ou minimum imposé) par le débit de ventilation (INT 3 minimum).

De plus, il faut respecter un débit de conception minimal pour les sanitaires : 25m³/h par WC ou urinoir ou 15m³/h par m² de surface si le nombre de WC n’est pas connu lors du dimensionnement. Dans le cas des salles de douches ou de bains le débit de conception minimal est fixé à 5m³/h par m² avec un minimum de 50m³/h par espace.

 

Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Repérer une consommation réactive anormale

Repérer une consommation réactive anormale

En régime de tarification Haute Tension, une consommation réactive trop élevée entraîne l’application d’une pénalité financière par le distributeur. Le seuil est fixé par la valeur du cos phi qui doit rester > 0,9. Cette valeur est indiquée sur chaque facture mensuelle, dans le coin inférieur gauche.

Le placement d’une batterie de condensateurs de compensation s’impose alors, sans autre forme de calcul !

Production électrique 

Pour en savoir plus sur le choix d’une batterie de condensateurs.

En effet, la pénalité est telle que l’investissement dans le placement des condensateurs sera amorti en moins d’un an…
Le relevé de l’évolution annuelle du cos phi fournit des indications complémentaires :

  • Sur l’origine des consommations réactives.
    Exemple : l’éclairage est plus important en hiver qu’en été tandis que les moteurs sont généralement d’usage plus permanent. Une augmentation de la consommation réactive en hiver pourra être imputée à l’éclairage (lecture des kVARh sur les factures mensuelles).
  • Sur une anomalie de fonctionnement de la batterie de condensateurs déjà installée.
    Attention : depuis quelques années, le distributeur place des compteurs qui relèvent aussi bien le réactif inductif que le réactif capacitif, et c’est la somme des deux valeurs qui entrera dans le calcul de la pénalité. Dès lors, si vous avez placé jadis une batterie de condensateurs fixes, et que celle-ci est probablement surdimensionnée par rapport aux besoins en heures creuses (la nuit, le week-end, …), vos condensateurs pomperont plus de courant réactif que nécessaire (autrement dit, la correction est trop forte). Avec les nouveaux compteurs, vous êtes pénalisé. Le placement d’une batterie automatique (avec une régulation qui adapte le nombre de condensateurs en jeu aux besoins) est alors impératif.
Image de l’auteur/autrice Publié par : Energie-Plus 25 Sep, 2007

Déterminer les performances thermiques à atteindre [Améliorer]

Déterminer les performances thermiques à atteindre [Améliorer]

La réglementation

Outre un niveau de performance global à atteindre (Kglobal et E), la PEB 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 une paroi n’est pas directement touchée par la rénovation, lorsqu’il y a changement d’affectation du bâtiment, de manière à atteindre le niveau global d’isolation (K).

Les recommandations

Si l’on s’en tient à la réglementation, un coefficient de transmission thermique U est requis pour les parois délimitant le volume protégé. 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.

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.

On peut aujourd’hui aller plus loin dans l’isolation des parois sans pour autant générer de grandes modifications dans la technique de construction. On peut aussi vouloir atteindre certains labels qui donnent parfois droit à des subsides. À titre d’exemple, pour une certification « passive » une isolation des parois approchant un U de 0.15 W/m²K est recommandée.

Elle permet de satisfaire de manière plus aisée l’exigence de niveau d’isolation globale (K).
Quelques considérations complémentaires :

  • Souvent c’est une logique de rentabilité financière qui détermine l’épaisseur d’isolant mis en place. Si une logique de rentabilité écologique était prise, la lutte contre le CO2 nous pousserait vers une isolation plus forte !
  • Le prix de l’énergie sur lequel on détermine la rentabilité varie sans cesse mais la tendance est clairement à la hausse. Cette évolution doit donc être prise en compte dans l’évolution de la rentabilité. Si le litre de fuel est un jour à 3 €, la rentabilité de l’isolation ne sera même plus discutée !
  • Maintenir 20°C dans un bâtiment, c’est un peu comme maintenir un niveau de 20 cm d’eau dans un seau percé. 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 !

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.

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.

Épaisseur d’isolant

L’épaisseur d’isolant (ei) peut être calculée par la formule :

1/U = Rsi + e1/λ1 + ei/λi + e2/λ2 + Rse

ei = λi [1/U – (Rsi + e1/λ1 + e2/λ2 + Rse)]

avec,

  • λi : le coefficient de conductivité thermique de l’isolant (W/mK),
  • U : le coefficient de transmission thermique de la paroi à atteindre (W/m²K),
  • Rse et Rsi : les résistances thermiques d’échange entre le mur et les ambiances extérieure et intérieure. Ils valent respectivement 0,04 et 0,13 m²K/W pour une paroi verticale traversée par un flux de chaleur horizontal.
  • e1/λ1, e2/λ2 : la résistance thermique des autres couches de matériaux (m²K/W).

Dans le tableau ci-dessous, vous trouverez les épaisseurs minimales d’isolant à ajouter sur la face interne ou externe du mur plein pour obtenir différents coefficients de transmission.
Hypothèses de calcul :

  • Les coefficients de conductivité thermique (λ en W/mK) ou les résistances thermiques (Ru en m²K/W) des maçonneries utilisées et des isolants sont ceux indiqués dans l’annexe VII de l’AGW du 15 mai 2014.
  • La maçonnerie est considérée comme sèche et le coefficient de conductivité thermique de celle-ci correspond à celui du matériau sec. En effet, on a considéré que le mur isolé par l’intérieur ou par l’extérieur avait été protégé contre les infiltrations d’eau, comme il se doit.
  • La face intérieure de la maçonnerie est recouverte d’un enduit à base de plâtre d’1 cm d’épaisseur.

Remarques.

  • Lorsqu’on utilise un isolant disposant d’un agrément technique (ATG), on peut se fier au coefficient de conductivité thermique certifié par celui-ci; celui-ci est , en général, plus faible que celui indiqué dans dans l’annexe B1 de l’AGW du 15 mai  2014 et on peut ainsi diminuer l’épaisseur d’isolant, parfois de manière appréciable.
  • Les épaisseurs calculées doivent être augmentées de manière à obtenir des épaisseurs commerciales.
  • A épaisseur égale et pour autant que l’isolant soit correctement mis en œuvre, la présence d’une lame d’air moyennement ventilée entre l’isolant et sa protection (enduit ou bardage), permet de diminuer le coefficient de transmission thermique U de 2,5 à 5 %.
Composition du mur plein Masse volumique (kg/m³) λ(W/mK) ou Ru (m²K/W) Épaisseur du mur plein (cm) Coefficient de transmission thermique du mur plein sans isolant (W/m²K) Épaisseur de l’isolant (en cm) à ajouter pour obtenir un coefficient de transmission thermique particulier (U)
U
(W/m²K)		 Nature de l’isolant
MW/EPS XPS PUR/PIR CG
Maçonnerie de briques ordinaires

 

 1 000 à 2 100

 

 0.72

 

 19

 

 2.22

 

 0.60 5.47 4.86 4.25 6.69
0.40 9.22 8.20 7.17 11.27
0.30 12.97 11.53 10.09 15.85
0.15 27.97 24.86 21.76 34.19
29

 

 1.69

 

 0.60 4.84 4.31 3.77 5.92
0.40 8.59 7.64 6.68 10.50
0.30 12.34 10.97 9.60 15.09
0.15 27.34 24.3 21.26 33.41
39

 

 1.37

 

 0.60 4.22 3.75 3.28 5.16
0.40 7.97 7.08 6.20 9.74
0.30 11.72 10.42 9.12 14.32
0.15 26.72 23.75 20.78 32.65
Maçonnerie de moellons

 

 2 200

 

 1.40

 

 29

 

 2.54

 

 0.60 5.73 5.09 4.45 7.00
0.40 9.48 8.42 7.37 11.58
0.30 13.23 11.76 10.29 16.16
0.15 28.23 25.09 21.96 34.5
39

 

 2.15

 

 0.60 5.40 4.80 4.20 6.60
0.40 9.15 8.14 7.12 11.19
0.30 12.90 11.47 10.04 15.77
0.15 27.91 24.81 21.71 34.11
Blocs creux de béton lourd

 

 > 1 200

 

 0.11

 

 14

 

 3.36

 

 0.60 6.16 5.48 4.79 7.53
0.40 9.91 8.81 7.71 12.12
0.30 13.66 12.14 10.63 16.70
0.15 28.66 25.48 22.29 35.03
0.14

 

 19

 

 3.06

 

 0.60 6.03 5.36 4.69 7.37
0.40 9.78 8.69 7.60 11.95
0.30 13.53 12.02 10.52 16.53
0.15 28.53 25.36 22.19 34.87
0.20

 

 29

 

 2.58

 

 0.60 5.76 5.12 4.48 7.04
0.40 9.51 8.45 7.39 11.62
0.30 13.26 11.78 10.31 16.20
0.15 28.26 25.12 21.98 34.53
Blocs de béton mi-lourd

 

 1 200 à 1 800

 

 0.75

 

 14

 

 2.67

 

 0.60 5.82 5.17 4.52 7.11
0.40 9.57 8.50 7.44 11.69
0.30 13.32 11.84 10.36 16.28
0.15 28.31 25.17 22.02 34.61
19

 

 2.27

 

 0.60 5.52 4.90 4.29 6.74
0.40 9.27 8.24 7.21 11.33
0.30 13.02 11.57 10.12 15.91
0.15 28.02 24.90 21.79 34.24
29

 

 1.74

 

 0.60 4.92 4.37 3.82 6.01
0.40 8.67 7.70 6.74 10.59
0.30 12.42 11.04 9.66 15.18
0.15 27.41 24.37 21.32 33.51
Blocs de béton moyen

 

 900 à  1 200

 

 0.40

 

 14

 

 1.86

 

 0.60 5.08 4.52 3.95 6.21
0.40 8.83 7.85 6.87 10.80
0.30 12.58 11.18 9.79 15.38
0.15 27.58 24.52 21.45 33.71
19

 

 1.51

 

 0.60 4.52 4.02 3.52 5.52
0.40 8.27 7.35 6.43 10.11
0.30 12.02 10.68 9.35 14.69
0.15 27.02 24.02 21.02 33.02
29

 

 1.10

 

 0.60 3.39 3.02 2.64 4.15
0.40 7.14 6.35 5.56 8.73
0.30 10.89 9.68 8.47 13.32
0.15 25.91 23.03 20.15 31.67
Blocs de béton léger

 

 600 à 900

 

 0.30

 

 14

 

 1.53

 

 0.60 4.56 4.05 3.54 5.57
0.40 8.31 7.38 6.46 10.15
0.30 12.06 10.72 9.38 14.74
0.15 27.06 24.05 21.05 33.07
19

 

 1.22

 

 0.60 3.81 3.38 2.96 4.65
0.40 7.56 6.72 5.88 9.24
0.30 11.31 10.05 8.79 13.82
0.15 26.31 23.39 20.46 32.16
29

 

 0.87

 

 0.60 2.31 2.05 1.79 2.82
0.40 6.06 5.38 4.71 7.40
0.30 9.81 8.72 7.63 11.99
0.15 24.83 22.07 19.31 30.34
Blocs creux de béton léger

 

 < 1 200

 

 0.30

 

 14

 

 2.05

 

 0.60 5.31 4.72 4.13 6.49
0.40 9.06 8.05 7.04 11.07
0.30 12.81 11.38 9.96 15.65
0.15 27.8 24.72 21.63 33.98
0.35

 

 19

 

 1.86

 

 0.60 5.08 4.52 3.95 6.21
0.40 8.83 7.85 6.87 10.80
0.30 12.58 11.18 9.79 15.38
0.15 27.58 24.52 21.45 33.71
0.45

 

 29

 

 1.57

 

 0.60 4.63 4.12 3.60 5.66
0.40 8.38 7.45 6.52 10.25
0.30 12.13 10.78 9.44 14.83
0.15 27.13 24.12 21.10 33.16
Blocs de béton très léger

 

 < 600

 

 0.22

 

 14

 

 1.21

 

 0.60 3.79 3.37 2.95 4.64
0.40 7.54 6.71 5.87 9.22
0.30 11.29 10.04 8.78 13.80
0.15 26.28 23.36 20.44 32.12
19

 

 0.95

 

 0.60 2.77 2.46 2.16 3.39
0.40 6.52 5.80 5.07 7.97
0.30 10.27 9.13 7.99 12.55
0.15 25.26 22.46 19.65 30.88
29

 

 0.66

 

 0.60 0.73 0.65 0.56 0.89
0.40 4.48 3.98 3.48 5.47
0.30 8.23 7.31 6.40 10.05
0.15 23.18 20.61 18.03 28.33
Blocs de béton cellulaire

 

 < 500

 

 0.18

 

 15

 

 0.98

 

 0.60 2.91 2.58 2.26 3.55
0.40 6.66 5.92 5.18 8.14
0.30 10.41 9.25 8.09 12.72
0.15 25.41 22.59 19.76 31.05
20

 

 0.77

 

 0.60 1.66 1.47 1.29 2.03
0.40 5.41 4.81 4.21 6.61
0.30 9.16 8.14 7.12 11.19
0.15 24.16 21.47 18.79 29.52
30

 

 0.54

 

 0.60 – – – –
0.40 2.91 2.58 2.26 3.55
0.30 6.66 5.92 5.18 8.14
0.15 21.67 19.26 16.85 26.48
Blocs de terre cuite lourds

 

 1 600 à 2 100

 

 0.90

 

 14

 

 2.92

 

 0.60 5.96 5.30 4.63 7.28
0.40 9.71 8.63 7.55 11.86
0.30 13.46 11.96 10.47 16.45
0.15 28.46 25.3 22.13 34.78
19

 

 2.51

 

 0.60 5.71 5.07 4.44 6.98
0.40 9.46 8.41 7.36 11.56
0.30 13.21 11.74 10.27 16.14
0.15 28.21 25.07 21.94 34.48
29

 

 1.96

 

 0.60 5.21 4.63 4.05 6.36
0.40 8.96 7.96 6.97 10.95
0.30 12.71 11.30 9.88 15.53
0.15 27.70 24.63 21.55 33.86
Blocs de terre cuite perforés

 

 1 000 à 1 600

 

 0.54

 

 14

 

 2.24

 

 0.60 5.49 4.88 4.27 6.71
0.40 9.24 8.21 7.19 11.29
0.30 12.99 11.55 10.10 15.88
0.15 27.99 24.88 21.77 34.21
19

 

 1.86

 

 0.60 5.07 4.51 3.95 6.20
0.40 8.82 7.84 6.86 10.79
0.30 12.57 11.18 9.78 15.37
0.15 27.58 24.52 21.45 33.71
29

 

 1.38

 

 0.60 4.24 3.77 3.30 5.18
0.40 7.99 7.10 6.22 9.77
0.30 11.74 10.44 9.13 14.35
0.15 26.74 23.77 20.80 32.68
Blocs de terre cuite perforés

 

 700 à 1 000

 

 0.27

 

 14

 

 1.42

 

 0.60 4.32 3.84 3.36 5.29
0.40 8.07 7.18 6.28 9.87
0.30 11.82 10.51 9.20 14.45
0.15 26.83 23.85 20.87 32.79
19

 

 1.12

 

 0.60 3.49 3.10 2.72 4.27
0.40 7.24 6.44 5.63 8.85
0.30 10.99 9.77 8.55 13.43
0.15 25.98 23.10 20.21 31.76
29

 

 0.79

 

 0.60 1.82 1.62 1.42 2.23
0.40 5.57 4.95 4.34 6.81
0.30 9.32 8.29 7.25 11.40
0.15 24.30 21.60 18.90 29.70
Blocs silico-calcaire creux

 

 1 200 à 1 700

 

 0.60

 

 14

 

 2.38

 

 0.60 5.61 4.98 4.36 6.85
0.40 9.36 8.32 7.28 11.44
0.30 13.11 11.65 10.19 16.02
0.15 28.11 24.99 21.86 34.36
19

 

 1.98

 

 0.60 5.23 4.65 4.07 6.40
0.40 8.98 7.98 6.99 10.98
0.30 12.73 11.32 9.90 15.56
0.15 27.73 24.65 21.57 33.89
29

 

 1.49

 

 0.60 4.48 3.98 3.49 5.48
0.40 8.23 7.32 6.40 10.06
0.30 11.98 10.65 9.32 14.65
0.15 26.98 23.98 20.98 32.98

Source : Isolation thermique des murs pleins réalisée par le CSTC à la demande de la DGTRE.

Il est également possible d’utiliser  le fichier Excel (XLS) pour calculer le U d’une paroi en contact avec l’extérieur.

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